专利名称：一种Mo(Si<sub>l-x</sub>,Al<sub>x</sub>)<sub>2</sub>/MoSi<sub>2</sub>复相硅化钼材料发热体的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种属于发热体领域的制备方法，特别是涉及一种Mo(Sih，Alx)2/MoSi2 (x = 0.1-0.6)复相娃化钥材料发热体的制备方法。
背景技术：
MoSi2由于其熔点高(2030°C )、较低的密度(6.24g/cm3)、良好的导热导电性及较好的抗氧化性能等优点，从60年代由瑞典的康太尔公司研制的硅钥棒发热元件以来，作为工业电阻发热体的主流，已经在冶金、电子、玻璃、陶瓷和磁性材料等行业得到广泛应用。同时，MoSi2也是最有研究开发潜力的高温结构材料之一。但是，单相二硅化钥材料室温韧性差，高温区域强度低又极易发生蠕变，在中温区域(400 700°C)易发生加速氧化行为，且不适宜在还原性气氛如氮气、真空下使用，这都限制了二硅化钥材料的运输、加工及进一步应用。有鉴于上述现有的二硅化钥材料存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的M0(Sih，Alx)2/MoSi2复相发热体的制备方法，能够改进一般现有的二硅化钥材料，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的二硅化钥材料存在的缺陷，而提供一种新的Mo(Sih，Alx)2/MoSi2复相发热体的制备方法，所要解决的技术问题是使其提高了硅化钥材料的低温抗氧化性能，延长了其在低温和还原性气氛下的使用寿命。本发明提供了一种Mo (Sih，Alx) 2/MoSi2复合相硅化钥材料发热体的制备方法，可以提高硅化钥材料的低温抗氧化性能，延长其在低温和还原性气氛下的使用寿命，非常适于实用。本发明的另一目的在于工艺设备及现场操作简单，且有利于节约能源，降低生产成本。本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种Mo(Si1YAlx)2ZiMoSi2复相(即C40和Cllb)硅化钥材料发热体的制备方法，其特征在于具体工艺步骤为:将Mo粉、Si粉和Al粉沿着MoSi2-MoAl2连线进行配料，以酒精为介质湿混，干燥后球磨，在200MPa的压力下压制成为坯体，然后将料坯放入自蔓延合成装置内，进行合成反应。将自蔓延反应得到的产物结合剂按比例配料，炼泥后挤出成型，经干燥、烧结、成膜处理及焊接后，得到硅化钥材料发热体。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的Mo(Sih，Alx)2/MoSi2复相发热体的制备方法，其中所述的Mo粉的粒径为I 10 μ m，纯度大于99% ;所述的Si粉的粒径为6 18 μ m，纯度大于99% ;所述的Al粉的粒径为6 40 μ m，纯度大于99 %。前述的Mo (Si^，Alx)2/MoSi2复相发热体的制备方法，其中原料球磨湿混10 20h，100 200°C干燥后在行星式球磨机上再磨4 6h。前述的Mo(Sih，Alx)2/MoSi2复相发热体的制备方法，其中所述的自蔓延产物中，Mo(Si1-^Alx)2与MoSi2的质量比为I: I 30 ;所述的Mo (Si1^Alx)2材料中的x = 0.1 一0.6。前述的Mo (Si1YAlx)2ZiMoSi2复相发热体的制备方法，其中所述的结合剂为聚乙烯醇、糊精、环氧树脂、粘土、磷酸二氢铝、硅树脂型胶粘剂中的一种；所述的结合剂的含量为Mo (Sih，Alx)2/MoSi2 复相材料质量的 5 一 35%。前述的Mo(Si1YAlx)2ZiMoSi2复相发热体的制备方法，其中炼泥至混合均匀、细腻、无气泡和裂纹为止；挤出成型压力为25 45MPa。前述的Mc^Sih，Alx)2/MoSi2复相发热体的制备方法，其中所述的发热体分别在200,400,600和 800°C下保温100h，氧化速率均低于0.0lOg.m_2.IT1 ;所述的发热体的断裂韧性高达IOMPa.m1/2。本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明(名称)可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点:本发明解决了 MoSi2发热体因韧性太低而导致的加工、运输的困难，提高了硅化钥材料的低温抗氧化性能，延长了其在低温和还原性气氛下的使用寿命。本发明工艺设备及现场操作简单，且有利于节约能源，降低生产成本。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
无
具体实施例方式为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的Mo(SUlxVMc)Si2 (x = 0.1-0.6)复相(即Cllb和C40))硅化钥材料发热体的制备方法，其具体实施方式
、步骤、特征及其功效，详细说明如后。近年来的研究表明，对MoSi2进行合金化和复合化可以提高其性能。其中Al合金化MoSi2形成的Mo(Si，AD2复合材料不仅能够有效地抑制中温区域的粉化现象，而且高温下形成的保护性Al2O3膜能够保护基体不受还原侵蚀性气氛的侵蚀。向MoSi2添加第二相可以提高高温力学性能和室温韧性，其中Al2O3具有较好的化学稳定性，高的强度且与MoSi2具有相似的热膨胀系数及良好的化学相容性，被认为是增强MoSi2最有效的增强体之一。一种Mo (Si1^AlxVMoSi2复相(即Cl Ib和C40))硅化钥材料发热体的制备方法，其具体工艺步骤为:将Mo粉、Si粉和Al粉沿着MoSi2-MoAl2连线进行配料，放入球磨罐中以酒精为介质湿混20h，干燥后在行星式球磨机上再磨4h，在200MPa的压力下压制成坯体。然后将料坯放入带有石英玻璃观察孔的自蔓延合成装置内，在室温下用钨丝线圈引燃进行合成反应，反应气氛为0.1MPa的氩气。将自蔓延反应得到的产物Mo (Sih，Alx)2/MoSi2复合相(即Cllb和C40)硅化钥材料和结合剂按比例配料，炼泥后挤出成型，经100 3000C下干燥、1400 一 1550°C烧结、成膜处理及焊接后，得到硅化钥材料发热体。一种Mo (Si1^7Alx) 2/MoSi2复相发热体的制备方法，其中所述的Mo粉的粒径为I 一10 μ m,纯度大于99% ;所述的Si粉的粒径为6 18 μ m，纯度大于99% ;所述的Al粉的粒径为6 40 μ m，纯度大于99 %。一种Modx, Alx) 2/MoSi2复相发热体的制备方法，其中原料球磨湿混10 20h,100 200°C干燥后在行星式球磨机上再磨4 6h。一种Modx, Alx)2/MoSi2复相发热体的制备方法，其中所述的自蔓延产物中，Mo(SihiAlx)2 与 MoSi2 的质量比为 I: 1 — 30 ;所述的 Mo (Si1^Alx)2 材料中的 x = 0.1 一
0.6。一种Modx, Alx)2/MoSi2复相发热体的制备方法，其中所述的结合剂为聚乙烯醇、糊精、环氧树脂、粘土、磷酸二氢铝、硅树脂型胶粘剂中的一种；所述的结合剂的含量为Mo (Sih，Alx)2/MoSi2 复相材料质量的 5 一 35%。一种Mo(Si1YAlx)2ZiMoSi2复相发热体的制备方法，其中炼泥至混合均匀、细腻、无气泡和裂纹为止；挤出成型压力为25 45MPa。一种Mo (Si1YAlx)2ZiMoSi2复相发热体的制备方法，其中所述的发热体分别在200、400,600和800°C下保温100h，氧化速率均低于0.0lOg.m_2.IT1 ;所述的发热体的断裂韧性高达 IOMPa.m1/2。实施例1 将1260g Mo 粉、700gSi 粉和 40gAl 粉沿着 Mo (Si。.9，Al。.)2/MoSi2 连线进行配料，放入球磨罐中以酒精为介质湿混20h，200°C干燥后在行星式球磨机上再磨6h，在200MPa的压力下压制成为Φ360X300mm的坯体。然后将料坯放入带有石英玻璃观察孔的自蔓延合成装置内，在室温下用钨丝线圈引燃进行合成反应，反应气氛为0.1MPa的氩气，得到Mo (Si。.9，Al。.J2ZiMoSi2 复相材料，Mo (Si。.9，Al。.J2 和 MoSi2 的质量比为 I: I。将 Mo(Si0.9，Al。.J2ZiMoSi2复相材料和IOOg聚乙烯醇混合，炼泥至混合均匀、细腻、无气泡和裂纹为止，45MPa压力下挤出成型，经100°C下干燥、1400°C烧结、成膜处理及焊接后，得到硅化钥材料发热体。发热体分别在600°C下保温100h，氧化速率为0.009g.m_2.h—1，发热体的断裂韧性为 9.5MPa.m1/2。实施例2将1260g Mo 粉、500gSi 粉和 240gAl 粉沿着 Mo (SiQ.4，Al0.6)2/MoSi2 连线进行配料，放入球磨罐中以酒精为介质湿混10h，100°C干燥后干燥后在行星式球磨机上再磨4h，在200MPa的压力下压制成为Φ360X300mm的坯体。然后将料坯放入带有石英玻璃观察孔的自蔓延合成装置内，在室温下用钨丝线圈引燃进行合成反应，反应气氛为0.1MPa的氩气，得到 Mo (Si。.4，Ala6)2/MoSi2 复相材料，Mo (Si。.4，Ala6)2 和 MoSi2 的质量比为 I: I。将Mo (Si0.4, Al0.6)2/MoSi2复相材料和IOOg糊精混合，炼泥至混合均匀、细腻、无气泡和裂纹为止，25MPa压力下挤出成型，经300°C下干燥、1550°C烧结、成膜处理及焊接后，得到硅化钥材料发热体。发热体分别在800°C下保温IOOh,氧化速率为0.009g.m_2.IT1,发热体的断裂韧性为9.8MPa.m1/2。实施例3将1260g Mo 粉、700gSi 粉和 40gAl 粉沿着 Mo (Si。.9，Al0.1)2/MoSi2 连线进行配料，放入球磨罐中以酒精为介质湿混20h，200°C干燥后干燥后在行星式球磨机上再磨6h，在200MPa的压力下压制成为Φ360X300mm的坯体。然后将料坯放入带有石英玻璃观察孔的自蔓延合成装置内，在室温下用钨丝线圈引燃进行合成反应，反应气氛为0.1MPa的氩气，得到 Mo (Si。.9，Al。.J2ZiMoSi2 复相材料，Mo (Si。.9，Alai)2 和 MoSi2 的质量比为 I: I。将Mo (Si0.9, Al0.^2ZMoSi2复相材料和700g粘土混合，炼泥至混合均匀、细腻、无气泡和裂纹为止，45MPa压力下挤出成型，经100°C下干燥、1400°C烧结、成膜处理及焊接后，得到硅化钥材料发热体。发热体分别在400°C下保温IOOh,氧化速率为0.008g.m_2.IT1,发热体的断裂韧性为9.5MPa.m1/2。实施例4将1260g Mo 粉、500gSi 粉和 240gAl 粉沿着 Mo (SiQ.4，Ala6) 2/MoSi2 连线进行配料，放入球磨罐中以酒精为介质湿混10h，100°c干燥后在行星式球磨机上再磨4h，在200MPa的压力下压制成为Φ360X300mm的坯体。然后将料坯放入带有石英玻璃观察孔的自蔓延合成装置内，在室温下用钨丝线圈引燃进行合成反应，反应气氛为0.1MPa的氩气，得到Mo(SiQ.4，AlQ.6)2/MoSi2 复相材料，厘0(5込4^1(|.6)2和舭5丨2 的质量比为 I: I。将 Mo(Si0.4，Al0.6)2/ MoSi2复相材料和IOOg磷酸二氢铝混合，炼泥至混合均匀、细腻、无气泡和裂纹为止，25MPa压力下挤出成型，经300°C下干燥、1550°C烧结、成膜处理及焊接后，得到硅化钥材料发热体。发热体分别在200°C下保温IOOh,氧化速率为0.006g.m_2.IT1,发热体的断裂韧性为9.8MPa.m1/2。实施例5将1260g Mo 粉、700gSi 粉和 40gAl 粉沿着 Mo (Si。.9，Al。.)2/MoSi2 连线进行配料，放入球磨罐中以酒精为介质湿混20h，200°C干燥后在行星式球磨机上再磨6h，在200MPa的压力下压制成为Φ360X300mm的坯体。然后将料坯放入带有石英玻璃观察孔的自蔓延合成装置内，在室温下用钨丝线圈引燃进行合成反应，反应气氛为0.1MPa的氩气，得到Mo (Si。.9，Al。.J2ZiMoSi2 复相材料，Mo (Si。.9，Al。.J2 和 MoSi2 的质量比为 I: I。将 Mo(Si0.9，Ala J2ZiMoSi2复相材料和700g环氧树脂混合，炼泥至混合均匀、细腻、无气泡和裂纹为止，45MPa压力下挤出成型，经300°C下干燥、1400°C烧结、成膜处理及焊接后，得到硅化钥材料发热体。发热体分别在400°C下保温100h，氧化速率为0.0OSg.m_2.h—1，发热体的断裂韧性为 9.5MPa.m1/2。实施例6将19530g Mo 粉、11230gSi 粉和 240gAl 粉沿着 Mo (Si。.4，Altl 6) 2/MoSi2 连线进行配料，放入球磨罐中以酒精为介质湿混10h，100°C干燥后在行星式球磨机上再磨6h，在200MPa的压力下压制成为Φ360X300mm的坯体。然后将料坯放入带有石英玻璃观察孔的自蔓延合成装置内，在室温下用钨丝线圈引燃进行合成反应，反应气氛为0.1MPa的氩气，得到 Mo(SiQ.4，AlQ.6)2/MoSi2 复相材料，Mo(SiQ.4，AlcJdPMoSi2 的质量比为 I: 30。将Mo (Sia 4，Ala 6) 2/MoSi2复相材料和1510g硅树脂型胶粘剂混合，炼泥至混合均匀、细腻、无气泡和裂纹为止，25MPa压力下挤出成型，经300°C下干燥、1550°C烧结、成膜处理及焊接后，得到硅化钥材料发热体。发热体分别在200°C下保温600h，氧化速率为0.0Olg.m_2.h—1，发热体的断裂韧性为8.8MPa.m1/2。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改 、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种Mo (Si1YAlx)2ZiMoSi2复相(即C40和Cllb)硅化钥材料发热体的制备方法，其特征在于具体工艺步骤为:将Mo粉、Si粉和Al粉沿着MoSi2-MoAl2连线进行配料，以酒精为介质湿混，干燥后球磨，在200MPa的压力下压制成为还体，然后将料还放入自蔓延合成装置内，进行合成反应。将自蔓延反应得到的产物结合剂按比例配料，炼泥后挤出成型，经干燥、烧结、成膜处理及焊接后，得到硅化钥材料发热体。
2.根据权利要求1所述的Mo(Si1YAlxVMoSi2复相发热体的制备方法，其特征在于所述的Mo粉的粒径为I 10 μ m，纯度大于99% ;所述的Si粉的粒径为6 18 μ m，纯度大于99% ;所述的Al粉的粒径为6 40 μ m，纯度大于99%。
3.根据权利要求1所述的Mo(Si1YAlx)2ZiM0Si2复相发热体的制备方法，其特征在于原料球磨湿混10 ^ 20h, 100 200°C干燥后在行星式球磨机上再磨4 6h。
4.根据权利 要求1所述的Mo(Si1YAlxVMoSi2复相发热体的制备方法，其特征在于所述的自蔓延产物中，Mo (Sih，Alx)2与MoSi2的质量比为I: I 30 ;所述的Mo (Si1^ Alx) 2材料中的X = 0.1 w 0.6。
5.根据权利要求1所述的Mo(Si1YAlxVMoSi2复相发热体的制备方法，其特征在于所述的结合剂为聚乙烯醇、糊精、环氧树脂、粘土、磷酸二氢铝、硅树脂型胶粘剂中的一种；所述的结合剂的含量为MWSih，Alx)2/MoSi2复相材料质量的5 一 35%。
6.根据权利要求1所述的Mo(Si1YAlx)2ZiMoSi2复相发热体的制备方法，其特征在于炼泥至混合均匀、细腻、无气泡和裂纹为止；挤出成型压力为25 ^ 45MPa。
7.根据权利要求1所述的Mo(Si1YAlxVMoSi2复相发热体的制备方法，其特征在于所述的发热体分别在200、400、600和800°C下保温100h，氧化速率均低于0.0lOg.m_2.IT1 ；所述的发热体的断裂韧性高达IOMPa.m1/20
全文摘要
一种Mo(Si1-x，Alx)2/MoSi2(x＝0.1-0.6)复相(即C11b和C40)硅化钼材料发热体的制备方法，工艺为将Mo粉、Si粉和Al粉沿着MoSi2-MoAl2连线进行配料，放入球磨罐中以酒精为介质湿混10-20h，干燥后在行星式球磨机上再磨4-6h，在200MPa的压力下压制成坯体。然后将料坯放入带有石英玻璃观察孔的自蔓延合成装置内，在室温下用钨丝线圈引燃进行合成反应，反应气氛为0.1MPa的氩气。将自蔓延反应得到的产物M0(Si1-x，Alx)2/MoSi2复合相硅化钼材料和结合剂按比例配料，炼泥后挤出成型，经100-300℃下干燥、1400-1550℃烧结、成膜处理及焊接后，得到硅化钼材料发热体。解决了MoSi2发热体因韧性太低而导致的加工、运输的困难，提高了硅化钼材料的低温抗氧化性能，延长在低温和还原性气氛下的使用寿命。
文档编号C04B35/58GK103159482SQ20111040914
公开日2013年6月19日 申请日期2011年12月12日 优先权日2011年12月12日
发明者蔡泽 申请人:洛阳新巨能高热技术有限公司