富硅的合金的制作方法

文档序号:3411304阅读:193来源:国知局
专利名称:富硅的合金的制作方法
技术领域
本发明涉及多相硅基的物质组合物。本发明特别涉及与硅相比表现出提高的韧性的高硅复合材料。背景信息传统脆性金属如铸铁广泛用于需要中等韧性以在压缩载荷下工作的部件,例如刹车垫或发动机体。工程陶瓷可提供用于此类用途的金属的相对轻质替代品。但是,常规工程陶瓷不可通过相对便宜和直接的方法(如铸造)成形。相反,工程陶瓷部件传统上是通过以生压坯开始的复杂多重操作系列成形,所述生压坯最后在高温下烧结以形成应用所需的显微组织。所得部件因此昂贵。因此需要在制造上便宜并轻质的中等韧性材料。发明概述在一个实施方案中,通过如下方式形成物体将硅和至少一种元素一起熔融从而形成具有大于50重量%硅的硅浓度的液体;将该液体置于模具中;和在模具中冷却该液体以便同时形成排列在共晶聚集体中的立方硅和硅化物。该共晶聚集体构成该物体的至少80 体积%。在另一实施方案中,形成铸造物体的方法包括将硅和至少一种元素一起熔融从而形成具有大于50重量%硅的硅浓度的液体;将该液体置于模具中;和在模具中冷却该液体以同时形成排列在构成该物体的至少80体积%的共晶聚集体中的立方硅和硅化物。在另一实施方案中,物质组合物包含立方硅的相和含第一非硅元素的相。这些相一起排列在构成所述物质组合物的80体积%以上的共晶聚集体中。所述物质组合物表现出上升的R-曲线并具有大于50重量%的硅浓度。在另一实施方案中,物质组合物包含立方硅的相和含第一非硅元素的第一硅化物相。这些相一起排列在构成所述物质组合物的80体积%以上的共晶聚集体中。该共晶聚集体具有特征间距λ。所述物质组合物具有大于50重量%的硅浓度、大于10 λ的厚度和大于2MPam1/2的断裂韧性。在另一实施方案中,物质组合物包含立方硅的相和含第一非硅元素的第一硅化物相,这些相一起排列在构成所述物质组合物的80体积%以上的共晶聚集体中。该共晶聚集体具有特征间距λ。所述物质组合物具有大于50重量%的硅浓度和大于100 λ的厚度。在另一实施方案中,物质组合物包含立方硅的相和含第一非硅元素的第一二硅化物相,这些相一起排列在构成所述物质组合物的80体积%以上的共晶聚集体中,该共晶聚集体具有特征间距λ。所述物质组合物具有大于50重量%的硅浓度和大于10 λ的厚度。
在又一实施方案中,物质组合物包含浓度大于约50重量%的硅。硅、钒和铬各自的存在浓度分别在连接硅和二硅化钒之间的共晶组合物与硅和二硅化铬之间的共晶组合物的曲线上的点处的硅、钒和铬的各自浓度的2原子%范围内,位于该曲线上的液体在冷却时发生共晶凝固。所述物质组合物表现出上升的R-曲线。附图简述下面的发明描述涉及附图,其中相同的参考符号表示类似的结构要素或功能要素,且其中

图1是硅-钒体系的二元相图;图2是硅-铬体系的二元相图;图3示出分离硅-钒-铬三元三角相图的富硅区中的初生硅和初生混合二硅化物区域的实验测定的边界点和计算的单变量线;图4示出硅-钒-铬三元三角相图的富硅区中的计算液相线等温线;图5示出在本发明的示例性组合物试样的耐磨测试过程中薄层的载荷、旋转、裂化和取向之间的关系;图6示出了 ν形切口(chevron-notched)梁韧性试验的切口参数;图7图示了硅在ν形切口梁韧性试验过程中的载荷与伸长的关系;图8图示了碳化硅在ν形切口梁韧性试验过程中的载荷与伸长的关系;图9显示了本发明的示例性组合物的锭块中的试样取向和切口面之间的关系;图10图示了本发明的示例性组合物在ν形切口梁韧性试验过程中的载荷与伸长的关系;图IlA和IlB是显示合金A,本发明的示例性组合物中的相分布的显微图;图12A和12B是显示合金B,本发明的示例性组合物中的相分布的显微图;图13A和13B是显示合金C,本发明的示例性组合物中的相分布的显微图;图14A和14B是显示从锭块中心机械加工而得的合金D,本发明的示例性组合物的试样中的相分布的显微图;图15A和15B是显示以第三试样取向从锭块侧面机械加工而得的合金D,本发明的示例性组合物的试样中的相分布的显微图;图16A和16B是显示以第二试样取向从锭块侧面机械加工而得的合金D,本发明的示例性组合物的试样中的相分布的显微图;图17A和17B是显示以第三试样取向从锭块侧面机械加工而得的合金D,本发明的示例性组合物的试样中的相分布的显微图;图18是硅-银体系的二元相图;图19是银-铬体系的二元相图;图20是显示本发明的示例性硅-铬-银复合材料中的相分布的显微图;图21是硅-锡体系的二元相图;图22是锡-铬体系的二元相图;且图23是显示本发明的示例性硅-铬-锡复合材料中的相分布的显微图。附图中的要素通常不按比例绘制。附图中的二元相图数据取自H. Okamoto,Phase Diagrams for Binary Alloys, Desk Handbook 2000。
示例性实施方案详述硅丰富、轻质并且极强。但是,硅的共价键合结构通过位错塑性抑制变形适应。相反,硅通常通过脆性、穿晶断裂破坏。因此,硅在室温下具有低的断裂韧性——约 0. 8-1. OMPa · m"2。这种不良韧性限制其用于低应力用途,如半导体和光伏器件。相比之下,所述示例性物质组合物以按重量计大于例如50^^60%或75%或更大的浓度包含硅,同时表现出与结构陶瓷或脆性金属同等的韧性值。因此该示例性组合物利用硅基材料的低密度、成本和可铸造性,同时产生合意的机械性质。在一种方法中,该硅基合金或复合材料是具有包含至少两个脆性相的复合显微组织的块体(bulk)材料金刚石-立方结构的硅和含有一种或多种非硅元素的至少一个其它相。应理解的是,该金刚石-立方硅相可包含合金化元素或杂质元素。所述其它相中的所述一种或多种元素可以与硅结合形成硅化物。该硅化物相可以是金属元素的硅化物,更特别是过渡金属的硅化物。如本文所用,金属元素是周期表第1至12族之一中的元素,“过渡金属”是指周期表的d-区,即第3至12族中的元素。此外,“硅化物”可以是指硅与至少一种其它元素的单硅化物、二硅化物、其它化学计量组合或非化学计量组合。不受任何理论限制,该复合材料中的所述一种或多种其它相可用于在该复合材料受应力时强化硅相。说明性地,显微组织中除立方硅外的相具有高强度,且在硅相和该高强度硅化物相之间界面处的拉伸应力高。与硅相比,该脆性-脆性显微组织可通过对前进中的裂纹提供相界形式的障碍来提高该复合材料的韧性。这些障碍可以在裂纹扩展过程中使裂纹面取向改变,例如由于裂纹倾斜或扭曲。在硅化物相周围,特别是沿硅-硅化物界面的裂纹偏转可能造成裂纹桥接事件, 其中完整硅化物颗粒在裂纹前缘后方在裂纹表面之间伸展。说明性地,立方硅和硅化物之间的界面能够在与裂纹相遇时层离。随着裂纹继续扩展,硅化物颗粒脱粘并从硅上脱离。这种类型的弹性裂纹桥接可能使裂纹在外加应力下更难打开,由此与非合金化硅相比改善该合金的断裂韧性和相关性质。相应地,该示例性复合材料可具有通过例如ν形切口梁法测得的或由其它材料性质的测量结果计算出的为硅的约几百%的断裂韧性值,例如大于如1.2、2、3、4、5、6MPam1/2 的值或更高值。或者,通过特定方法测得的该示例性复合材料的断裂韧性可以大于通过相同方法测得的硅断裂韧性的两倍。该示例性复合材料的比磨损率可以为硅的约50%或更低,例如小于5X 10_14m2/N、2X 10_14m2/N、lX 10_14m2/N或更低。可以通过例如使用碳化钨对抗体的球-盘试验测定比磨损率。说明性地,在至少部分该复合材料中,多个脆性相以互连或交替构造排列。该复合材料可包含可识别的大区域(expanses),在其内所述硅相和所述其它相以典型为共晶凝固的结构聚集。本领域技术人员已知的共晶结构包括例如正常结构,如由具有界面处所含的共同生长方向的规则间隔的片状不同相构成的层片结构,或其中规则间隔的相为杆状且具有多边形横截面的纤维状结构;和异常结构,其中在不同相之间没有普遍的全域取向关系。 异常共晶结构包括不规则、断层状、纤维状、复杂规则状、汉字形和拟正则结构。如本文所用,“共晶”包括其中液体凝固从而同时形成两个或更多个不同固相的反应,或发生这种反应的液体组合物,并且“共晶聚集体”是指该硅基复合材料中的大区域的总和,其内这些相以共晶型结构构造。这样的大区域说明性地占该硅基复合材料体积的至少 80%、85%、90%、95%或更大。在一个实施方案中,该共晶聚集体基本构成整个复合材料。该复合材料的被这样的互连结构占据的高体积百分比对应于可与该材料中的裂纹相互作用的高脆性-脆性界面区。此外,所述两个或更多个脆性相中的特定一个可构成该复合材料中共晶聚集体的显著体积比例,例如按体积计大于该共晶聚集体中的材料的10 %、15 %、20 %、25 %、30 %或 40%。在该硅基复合材料中的共晶聚集体内,所述多个相的构造可具有如本领域技术人员理解的特征波长或特征间距λ。该特征间距可以随在共晶聚集体中的位置而变。较小的间距λ与可与裂纹相互作用的界面区域的较大密度相关联。例如通过如本领域技术人员已知的样线法测得的特征间距的平均值说明性地可小于80微米,50微米,40微米,30微米,20微米,10微米,5微米或为更小值。本文所述的硅基物质组合物可以是通常能用作独立材料(并非仅作为涂层或相对薄层)的块体复合材料。该硅基复合材料的结构因此可足够厚,例如在一定维度中为特征间距λ的至少10、50、100或1000倍,足以在该复合材料显微组织中的界面和前进中的裂纹之间提供相对大量的相互作用。因此,随着裂纹延长,裂纹扩展穿过该材料的阻力提高,因此声称该材料具有上升的R曲线。如本领域技术人员已知,具有这种上升的R曲线的材料可在应力下表现出稳定的裂纹扩展或延伸,而非在脆性材料如硅或一些陶瓷中常见的灾难性断裂。可以使用本领域技术人员已知的技术来证实具有上升的R曲线的材料中的稳定裂纹扩展,例如模拟长裂纹行为的ν形切口梁方法或紧凑拉伸试验;模拟短裂纹行为的弯曲法中的表面裂纹;或如ASTM C1421中所述的可根据预裂条件模拟长-裂纹或短-裂纹行为的预裂梁法。该共晶聚集体赋予该示例性复合材料韧性的效力通常可取决于该共晶结构相对于该材料中的裂纹的取向。例如,与裂纹垂直的强化相的取向可构成比平行取向更大的裂纹扩展障碍。共晶聚集体的结构可说明性地在该复合材料的区域内或在整体各处本类似取向或相互对齐,从而促进其机械性质的各向异性。或者,该共晶聚集体可以在该复合材料的区域内或在整体各处包含具有各不相同的取向的局部域以实现增强的各向同性。在这种情况下,随着裂纹扩展穿过该示例性复合材料,其可能相继遇到具有变化的抗裂性的区域。因此,该结构可以在发生过度裂纹生长之前提供显微组织增韧机制(如裂纹桥接)的激活。结构取向的分布实际上可以使在激活该复合材料的增韧机制之前发生的裂纹生长程度最小化,从而支持显著的上升R曲线行为的实现。不一定能够彼此独立地控制可影响该示例性硅基复合材料的断裂韧性的显微组织变量,如立方硅以外的相的体积分数和间距、共晶聚集体中的相形态和取向、和初生硅区域或过度生长(overgrown)硅区域的存在。例如,对除硅外的给定的一种或多种组成元素而言,可能希望选择牺牲强化相的体积分数的组合物以便获得与较大的共晶取向多样性相关联的性质,例如通过促进不规则共晶结构的形成。同时,强化相的较低体积分数可能与被过度生长硅占据的较大体积相关联,这提供低能量断裂路径,这些路径可能使由该示例性复合材料提供的总韧性劣化。可以通过调节凝固工艺以降低生长速度来实现硅过度生长的降低,但这种变化进而增加了共晶聚集体中的特征间距。可以选择组成和凝固工艺变量以优化这些竞争性考虑因素,从而产生具有期望特征的硅基复合材料。
在另一方法中,该示例性高硅复合材料可包含能够塑性流动的延性相,如金属粘合元素。该延性相可允许位错塑性并因此通过钝化裂纹尖端或形成跨裂纹面的延性桥来提供可能的增韧。该延性相可以是共晶显微组织的一部分或可构成单独的先共析区。在一个实施方案中,可以通过向硅中添加不与硅形成中间化合物的一种或多种合金化金属,例如铝、铅、银或锡,来实现在硅基复合材料中产生延性相。延性相也可包含在该示例性脆性-脆性复合材料中,由此与单独的脆性-脆性显微组织提供的韧性相比增强该示例性硅基复合材料的韧性。在这种情况下,可能希望延性合金化金属不与同硅结合的元素形成化合物以形成强化性的脆性相。该硅基物质组合物可进行通过铸造工艺形成其物体的方法。因此,本文所述的示例性复合材料的物体可如下成形以适当比例熔融硅与一种或多种元素,随后在模具中冷却所得液体从而例如通过共晶反应形成包含示例性多相结构的固体。该模具可以是压模或由要形成的物体的模型制成的熔模。该示例性物质组合物的物体的成形方法包括,但不限于,例如,压模铸造、砂模铸造 (sand casting)、熔模铸造、连续铸造和定向凝固。因此,与通过粉末冶金法制成的组合物相比,该方法的实施方案说明性地能以相对较低的成本形成复杂形状的最终产品。在形成示例性多相铸件中的凝固时极低或零净体积变化可进一步有利于获得复杂形状的高品质部件。对该硅基复合材料的一些组合物而言,可通过所述一种或多种其它相形成时该液体的其它部分的收缩略微补偿硅在凝固形成立方相时发生的约10%的膨胀。可产生该示例性硅基复合材料的共晶反应包括,例如由具有多组分体系中的不变反应的组成的液体凝固,以形成层片或异常多相结构;或由具有位于不变点之间的边界曲线上的组成的液体凝固,从而形成具有随凝固沿边界曲线进行而变化的组成的正常或异常结构。共晶凝固可以在立方硅相或非硅相的初凝固后发生。可以将成核剂添加到该液体中以使共晶大区域不优先从模具壁生长而是在凝固过程中均勻成核。成核剂的使用因此产生在共晶聚集体中包括具有不同结构取向的局部域的显微组织。在一个实施方案中,共晶聚集体中除立方硅外的相是与立方硅相互连的一种硅化物相。这种硅化物可基本为单元素,即第一非硅元素。在这种情况下,所述第一非硅元素可存在于与硅的二元体系中,其具有形成硅和硅化物相的共晶反应。可期望该二元共晶不变点存在于高硅浓度下,例如大于50原子%,60原子%,75原子%或更大。这样的高硅二元共晶组合物带有总体高硅含量的优点。表1列出从二元熔体中与硅同时凝固的硅化物的实例和相应的共晶组成。表 权利要求
1.通过如下方式形成的物体将硅和至少一种元素一起熔融从而形成具有大于50重量%硅的硅浓度的液体; 将该液体置于模具中;和在模具中,冷却该液体,由此同时形成排列在共晶聚集体中的立方硅和硅化物,所述共晶聚集体构成该物体的至少80体积%。
2.权利要求1的物体,其中该物体表现出上升的R-曲线。
3.权利要求1的物体,其中该共晶聚集体的至少10体积%是立方硅或硅化物。
4.权利要求1的物体,其中该硅化物是第一元素和第二元素的混合二硅化物。
5.权利要求4的物体,其中第一元素和第二元素各自是钒、铬、钽和铌中的一种。
6.权利要求1的物体,其中立方硅和硅化物之间的界面能够在与裂纹相遇时层离。
7.形成铸造物体的方法,包括将硅和至少一种元素一起熔融从而形成具有大于50重量%硅的硅浓度的液体; 将该液体置于模具中;和在模具中,冷却该液体,由此同时形成排列在共晶聚集体中的立方硅和硅化物,所述共晶聚集体构成该物体的至少80体积%。
8.权利要求7的方法,其中该物体表现出上升的R-曲线。
9.权利要求7的方法,其中该共晶聚集体的至少10体积%是立方硅或硅化物。
10.权利要求7的方法,其中该模具是压模。
11.权利要求7的方法,其中该模具是由该物体的模型制成的熔模。
12.权利要求7的方法,其中所述液体在连续铸造工艺中经过该模具。
13.权利要求7的方法,其中该模具包括砂模。
14.物质的组合物,其包含 立方硅的相;和含第一非硅元素的相,该相与所述立方硅的相一起排列在构成所述物质组合物的80 体积%以上的共晶聚集体中,其中所述物质组合物表现出上升的R-曲线并且具有大于50重量%的硅浓度。
15.权利要求14的物质组合物,其中所述物质组合物具有至少1.2MPam"2的断裂韧性。
16.权利要求14的物质组合物,其中所述物质组合物具有至少2MPam1/2的断裂韧性。
17.权利要求14的物质组合物,其中所述物质组合物具有至少3MPam1/2的断裂韧性。
18.权利要求14的物质组合物,其中所述物质组合物在25°C表现出上升的R-曲线。
19.权利要求14的物质组合物,其中所述物质组合物是铸件。
20.权利要求14的物质组合物,其中所述立方硅的相和所述含第一非硅元素的相排列为异常共晶结构。
21.权利要求14的物质组合物,其中该共晶聚集体包括具有不同取向的局部域。
22.权利要求14的物质组合物,其中所述含第一非硅元素的相是包括第二元素的混合二硅化物相。
23.权利要求14的物质组合物,其中所述含第一非硅元素的相是包括第二元素的混合二硅化物相,第一元素和第二元素形成具有共同晶体结构的各自二硅化物,且所述物质组合物具有大于2MPam"2的断裂韧性。
24.权利要求14的物质组合物,其中硅浓度大于60重量%。
25.权利要求14的物质组合物,其中硅浓度大于75重量%。
26.权利要求14的物质组合物,其中该组合物包含能够塑性流动的金属粘合相。
27.权利要求沈的物质组合物,其中该金属粘合相包含锡银、铝或铅。
28.物质组合物,其包含 立方硅的相;和含第一非硅元素的第一硅化物相,其与所述立方硅的相一起排列在构成所述物质组合物的80体积%以上的共晶聚集体中,该共晶聚集体具有特征间距λ,其中所述物质组合物具有大于50重量%的硅浓度、大于10 λ的厚度和大于1.2MPa m1/2的断裂韧性。
29.权利要求观的物质组合物,其中所述断裂韧性大于ZMPam1气
30.权利要求观的物质组合物,其中所述断裂韧性大于SMPam1气
31.权利要求观的物质组合物,其中所述断裂韧性大于‘MPam1气
32.权利要求观的物质组合物,其中所述断裂韧性大于SMPam1气
33.权利要求观的物质组合物,其中所述断裂韧性大于eMPam1气
34.权利要求28的物质组合物,其中所述厚度大于20λ。
35.权利要求观的物质组合物,其中所述厚度大于100λ。
36.权利要求观的物质组合物,其中所述硅浓度大于60重量%。
37.权利要求观的物质组合物,其中所述硅浓度大于75重量%。
38.权利要求观的物质组合物,其中该共晶聚集体构成所述物质组合物的90体积%或更大。
39.权利要求观的物质组合物,其中该共晶聚集体构成所述物质组合物的95体积%或更大。
40.权利要求观的物质组合物,其中所述特征间距λ小于5微米。
41.权利要求观的物质组合物,其中所述特征间距λ小于10微米。
42.权利要求观的物质组合物,其中所述特征间距λ小于40微米。
43.权利要求观的物质组合物,其中第一元素是钒、铬、铌和钽之一。
44.权利要求观的物质组合物,其中第一元素是钛、锆、铪、铊、钼、钨、铁、锇、钴、镍、锶和镁之一。
45.权利要求观的物质组合物,其中第一元素是钪和钇之一。
46.权利要求观的物质组合物,其中第一元素是锰和铼之一。
47.权利要求观的物质组合物,其中第一元素是过渡金属。
48.权利要求观的物质组合物,其中第一元素是碱金属或碱土金属。
49.权利要求观的物质组合物,其中第一元素的硅化物与硅在大于50原子%硅的硅浓度下形成二元共晶体系。
50.权利要求观的物质组合物,其中第一元素的硅化物与硅在大于75原子%硅的硅浓度下形成二元共晶。
51.权利要求28的物质组合物,其中第一元素的硅化物与硅在大于90原子%硅的硅浓度下形成二元共晶。
52.权利要求观的物质组合物,其中第一硅化物相进一步包含第二非硅元素。
53.权利要求52的物质组合物,其中第一元素是钒且第二元素是铬。
54.权利要求52的物质组合物,其中第一共晶组合物存在于硅和第一元素的硅化物之间, 第二共晶组合物存在于硅和第二元素的硅化物之间,且位于连接第一共晶组合物与第二共晶组合物的曲线上的液体组合物在冷却时发生共晶凝固。
55.权利要求M的组合物,其中第一元素的硅化物、第二元素的硅化物和第一硅化物相存在于共同晶体结构中。
56.权利要求M的物质组合物,其中通过冷却位于该曲线上的液体组合物来形成该共晶聚集体。
57.权利要求M的物质组合物,其中硅、第一元素和第二元素分别以各自在该曲线上的点处的硅、第一元素和第二元素的各自浓度的1原子%范围内的浓度存在。
58.权利要求观的物质组合物,进一步包含排列在该共晶聚集体中的第二硅化物相。
59.权利要求观的物质组合物,其中该共晶聚集体包含两种相。
60.权利要求59的物质组合物,其中硅化物相和立方硅相之一占该共晶聚集体的至少 10体积%。
61.权利要求59的物质组合物,其中第一硅化物相是至少第一元素和第二元素的混合硅化物。
62.权利要求61的物质组合物,其中该混合硅化物是混合二硅化物。
63.权利要求62的物质组合物,其中第一元素是铬且第二元素是钒。
64.权利要求观的物质组合物,其中所述物质组合物表现出上升的R-曲线。
65.权利要求观的物质组合物,其中通过冷却液体同时形成第一硅化物相和立方硅的相。
66.权利要求观的物质组合物,进一步包含能够塑性流动的金属粘合相。
67.权利要求66的物质组合物,其中该金属粘合相包含锡银、铝或铅。
68.权利要求观的物质组合物,其中所述物质组合物具有通过使用碳化钨对抗体的球盘试验测得的不大于5X 10_14m2/N的比磨损率。
69.权利要求观的物质组合物,其中所述物质组合物具有通过使用碳化钨对抗体的球盘试验测得的不大于2X 10_14m2/N的比磨损率。
70.物质组合物,其包含 立方硅相;和含第一非硅元素的第一硅化物相,其与所述立方硅相一起排列在构成所述物质组合物的80体积%以上的共晶聚集体中,该共晶聚集体具有特征间距λ,其中所述物质组合物具有大于50重量%的硅浓度和大于100 λ的厚度。
71.物质组合物,其包含 立方硅的相;和含第一非硅元素的第1 二硅化物相,其与所述立方硅相一起排列在构成所述物质组合物的80体积%以上的共晶聚集体中,该共晶聚集体具有特征间距λ,其中所述物质组合物具有大于50重量%的硅浓度和大于10 λ的厚度。
72.权利要求71的物质组合物,其中所述物质组合物表现出上升的R-曲线。
73.权利要求71的物质组合物,其中所述物质组合物具有大于约2MPam1/2的断裂韧性。
74.权利要求71的物质组合物,其中所述硅浓度大于75重量%。
75.权利要求71的物质组合物,其中所述特征间距λ小于5微米。
76.权利要求71的物质组合物,其中所述特征间距λ小于10微米。
77.权利要求71的物质组合物,其中所述特征间距λ小于40微米。
78.权利要求71的物质组合物,其中所述厚度大于100λ。
79.权利要求71的物质组合物,其中所述厚度大于100λ且所述物质组合物具有大于约2MPa m1/2的断裂韧性。
80.权利要求79的物质组合物,其中所述物质组合物表现出上升的R-曲线。
81.权利要求71的物质组合物,其中第一元素是过渡金属。
82.权利要求71的物质组合物,其中第一元素是钒。
83.权利要求71的物质组合物,其中第一元素是铬。
84.权利要求71的物质组合物,其中第一元素是铌。
85.权利要求71的物质组合物,其中第1二硅化物相是进一步包含第二非硅元素的混合二硅化物, 第一共晶组合物存在于硅和第一元素的二硅化物之间, 第二共晶组合物存在于硅和第二元素的二硅化物之间,且位于连接第一共晶组合物与第二共晶组合物的曲线上的液体组合物在冷却时发生共晶凝固。
86.权利要求85的组合物,其中第一元素的二硅化物、第二元素的二硅化物,和第1 二硅化物相存在于共同晶体结构中。
87.权利要求85的物质组合物,其中通过冷却位于该曲线上的液体组合物来形成该共晶聚集体。
88.权利要求85的物质组合物,其中硅、第一元素和第二元素分别以各自在该曲线上的点处的硅、第一元素和第二元素的各自浓度的2原子%范围内的浓度存在。
89.权利要求88的物质组合物,其中第一元素是钒且第二元素是铬。
90.权利要求89的物质组合物,其中该混合二硅化物进一步包含铌和钽之一。
91.权利要求88的物质组合物,其中第一元素是铌且第二元素是钽。
92.权利要求71的物质组合物,进一步包含排列在该共晶聚集体中的附加硅化物相。
93.权利要求66的物质组合物,其中该共晶聚集体包含两种相。
94.权利要求93的物质组合物,其中第1二硅化物相和立方硅的相之一占该共晶聚集体的至少10体积%。
95.权利要求71的物质组合物,其中第1二硅化物相是至少第一元素和第二非硅元素的混合二硅化物。
96.权利要求95的物质组合物,所述硅化物相和立方硅的相之一占该共晶聚集体的至少10体积%且所述物质组合物具有大于2MPam1/2的断裂韧性。
97.权利要求96的物质组合物,其中第一元素和第二元素各自是钒、铬、钽和铌中的一种。
98.权利要求71的物质组合物,进一步包含能够塑性流动的金属粘合相。
99.权利要求71的物质组合物,其中所述物质组合物具有通过使用碳化钨对抗体的球盘试验测得的不大于5X 10_14m2/N的比磨损率。
100.物质组合物,其包含 浓度大于约50重量%的硅; 钒;和铬,各自浓度分别在连接硅和二硅化钒之间的共晶组合物与硅和二硅化铬之间的共晶组合物的曲线上的点处的硅、钒和铬各自浓度的2原子%范围内,位于该曲线上的液体在冷却时发生共晶凝固,其中所述物质组合物表现出上升的R-曲线。
101.权利要求100的物质组合物,其中所述物质组合物包含含有硅、钒和铬的两相共晶聚集体。
102.权利要求101的物质组合物,其中立方硅的相和混合二硅化物相之一占该两相共晶聚集体的至少10体积%。
103.权利要求100的物质组合物,其中硅的浓度是大于约75重量%。
104.权利要求100的物质组合物,其中通过特定方法测得的所述物质组合物的断裂韧性,大于通过相同方法测得的硅断裂韧性的两倍。
105.权利要求101的物质组合物,其中该两相共晶聚集体包含钽或铌。
106.权利要求100的物质组合物,其中硅、钒和铬的各自浓度分别在该曲线上的点处的硅、钒和铬的各自浓度的1原子%范围内。
全文摘要
可铸硅基组合物与硅相比具有提高的韧性和相关性质。该硅基组合物在包含立方硅相和附加相的结构中包含浓度大于50重量%的硅和一种或多种附加元素,所述附加相可通过涉及塑性流动或与界面边界的裂纹相互作用的机制提供韧性。
文档编号C22C28/00GK102498226SQ201080041963
公开日2012年6月13日 申请日期2010年8月19日 优先权日2009年8月21日
发明者C·A·舒, D·A·费希尔 申请人:麻省理工学院
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