Mo-Si系金属硅化物（Mo₅Si₃）具有高熔点、低密度、高强度和耐腐蚀性好等优良性能,在高温结构材料方面有着潜在的应用前景。但是,其室温脆性大、高温强度不足以及中温抗氧化性差等缺点阻碍了其实际应用。合金化和复合化是改善金属硅化物性能的常用方法。基于Mo₅Si₃和Nb₅Si₃互易置换合金化原理,分别采用电弧熔炼和热压烧结法制备了(Mo_1-xNb_x)₅Si₃金属硅化物合金,并对其微观结构、力学性能及耐腐蚀性能进行了研究。基于原位复合化,研究了MoO₃-Si-Al、MoO₃-Mo-Si-Al及MoO₃-CuO-Mo-Si-Al体系的机械合金化过程、产物及合成机理;并结合热压烧结制备了Cu和Al₂O₃原位强韧化的Cu-Al₂O₃/Mo₅Si₃块体复合材料,系统研究了复合材料的力学性能、显微组织、耐磨损、抗氧化及强韧化机理。相比热压烧结,电弧熔炼法制备(Mo_1-xNb_x)₅Si₃合金具有高的相对密度和显微硬度,但断裂韧性和抗压强度较低。两种方法制备的Mo₃Nb2Si3合金显微硬度、断裂韧性及抗压强度分别为1616.7HV、3.2 MPa·m1/2、1017MPa和1334.6HV、4.7MPa·m1/2、1637MPa。电弧熔炼法制备(Mo_1-xNb_x)₅Si₃合金组织中形成了Mo₅Si₃/ MoSi2层片组织,并对层片结构形成机理及对合金性能的影响进行研究。随层片间距减小,合金显微硬度、断裂韧性和抗压强度提高。通过截线法对片层间距和片层密度进行计算,随退火时间延长层片间距先减小后增加,退火50h后, (Mo_1-xNb_x)₅Si₃（X=0,0.2,0.4）合金层片间距分别为57.3μm、48.2μm和24.9μm。(Mo_1-xNb_x)₅Si₃合金具有十分优异的耐HCl和H₂SO₄溶液腐蚀性能,其腐蚀失重比0Cr₁₈Ni₉不锈钢低100多倍。在较低电位下,合金表面的Mo形成MoO₂钝化膜,在较高电位下,MoO₂钝化膜形成H₄MoO₄而溶解破坏,同时,表面的Si形成SiO₂钝化膜,从而使合金表现出二次钝化现象。(Mo_1-xNb_x)₅Si₃金属硅化物合金具有高的共价键组成,化学稳定性好,能够有效抵抗腐蚀溶液的侵蚀,提高了合金的耐蚀性。在NaOH溶液中,SiO₂保护膜与溶液中的NaOH反应生成Na₂SiO₄,破坏SiO₂保护膜的完整性,耐腐蚀性降低。以MoO₃-Si-Al为原料,机械球磨5h,原位合成了Al₂O₃-Mo₃Si/Mo₅Si₃复合粉体,反应以类似自蔓延高温合成的爆炸模式进行。球磨过程中优先发生MoO₃和Al之间的铝热反应,随后引发Mo-Si之间的一系列反应。以MoO₃-Mo-Si-Al为原料,通过控制原料中MoO₃和Al的含量,可制备不同Al₂O₃含量（质量比）的Al₂O₃/Mo₅Si₃复合粉体。20%Al₂O₃/Mo₅Si₃复合粉体具有最佳的反应特性及物相组成。球磨30h后,20%Al₂O₃/Mo₅Si₃复合粉体颗粒细小均匀,粒度在5μm以下,Al₂O₃和Mo₅Si₃的晶粒尺寸分别为29.9nm和42.7nm。1000℃退火1h后,复合粉体未发生物相转变,粉体具有较好的热稳定性。以MoO₃-CuO-Mo-Si-Al为原料,采用机械化学还原法结合热压烧结制备了Cu-20%Al₂O₃/Mo₅Si₃复合材料。复合材料组织均匀致密,随Cu含量增加,组织细化,烧结致密度提高。细小的Al₂O₃颗粒存在于复合材料的晶界和晶内,形成“内晶型”结构,强化基体;单质Cu具有好的塑韧性,固溶或弥散分布在基体材料之中,改善基体的键合特性及界面结合,阻止裂纹扩展,提高材料塑韧性。15%Cu-20%Al₂O₃/Mo₅Si₃复合材料具有最佳的综合力学性能,其显微硬度、抗压和抗弯强度及断裂韧性分别为1090HV、2160MPa、512MPa和7.33MPa·m1/2。Al₂O₃和Cu的引入,提高了Mo₅Si₃的中低温抗氧化性能,同时高温抗氧化性能不降低。复合材料具有好的循环氧化特性,其氧化动力学曲线近似呈抛物线规律。氧化过程由Si和O通过氧化膜的扩散速率决定,由于O的扩散速率低于Si的扩散速率,造成Si的选择氧化,在氧化膜中有单质的Mo残留。在低温下,Cu-20%Al₂O₃/Mo₅Si₃复合材料表面CuO与MoO₃反应生成流动性较好的Cu3Mo2O9和CuMoO4,提高了氧化膜的致密性;在较高温度下,由于Cu3Mo2O9和CuMoO4的熔融分解及助熔作用,使表面的SiO₂和Al₂O₃形成了致密的Al6Si2O13莫来石保护层。实验材料长时间循环氧化后,出现了不同程度氧化失效。Mo₅Si₃氧化失效主要是氧化膜表面在较大热应力下产生开裂;20%Al₂O₃/Mo₅Si₃复合材料表现为氧化层的局部剥落;Cu-20%Al₂O₃/Mo₅Si₃复合材料则主要是因为试样形状原因造成的边角处应力集中,引起试样边角处出现裂纹,加快材料氧化。Cu-20%Al₂O₃/Mo₅Si₃复合材料具有好的耐摩擦磨损性能,以Si3N4陶瓷球为摩擦副,复合材料具有低的摩擦系数和磨损率,少量Cu的引入改善了复合材料的界面结合及塑韧性,提高材料的摩擦性能。以GCr15轴承钢球为摩擦副,复合材料摩擦系数提高了近10倍,而磨损率却有所降低。20%Al₂O₃/Mo₅Si₃复合材料的磨损形式以磨粒磨损为主,同时伴有疲劳磨损和氧化磨损;加入Cu后,复合材料的磨损形式以粘着磨损和疲劳磨损为主。