Nb?Si?Ti?Hf?ZrC复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种Nb?Si?Ti?Hf?ZrC复合材料，由以下摩尔百分比的成分组成：Si 3％～11％，Ti 4％～12％，Hf 3％～7％，ZrC 3％～7％，余量为Nb和不可避免的杂质。另外，本发明还提供了一种制备该Nb?Si?Ti?Hf?ZrC复合材料的方法，包括以下步骤：一、将Si粉、Ti粉、Hf粉、ZrC粉和Nb粉置于球磨机中混合均匀，烘干后粉碎得到混合粉料；二、将混合粉料置于热压烧结炉进行热压烧结，得到Nb?Si?Ti?Hf?ZrC复合材料。本发明Nb?Si?Ti?Hf?ZrC复合材料具有高强度、高韧性和高温抗氧化的特点，能够应用于1300℃的空气环境中。
【技术领域】
[000?]本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料及 其制备方法。 Nb-S i -T i -Hf-ZrC复合材料及其制备方法
【背景技术】
[0002] 随着航空航天技术的发展，各种新型飞行器飞行距离和飞行速度的提高，要求发 动机具有更高的推重比及工作效率，人们对轻质、高强和抗氧化的高温结构材料提出了越 来越高的要求。而现有发动机所用的镍基高温合金由于受其自身熔点的限制，使用温度上 限仅为1100 °C。因此，研制替代镍基超合金的超高温材料势在必行。铌(Nb)是难熔金属中密 度最小元素，铌合金与其它难熔金属相比有高的比强度、优异的室温塑性，良好的加工性能 和焊接性能，能作为高温结构材料。但铌合金在高温氧化气氛中灾难性的氧化行为严重研 制了其在工程上的应用。Nb 5Si3金属间化合物，具有优异的机械和物理性能，譬如：高熔点 (2783K)，低密度、高硬度、良好的高温强度。因此，Nb 5Si3金属间化合物在超高温结构材料上 有着潜在的应用前景。但是，Nb5Si 3具有低的室温断裂韧性，阻碍了它作为高温结构材料的 应用。Nb具有高熔点（2468Γ)和良好的室温塑性及韧性，热膨胀系数与铌硅化合物相近。铌 和Nb 5Si3在较大的温度范围和较宽的成份范围内能稳定共存，两相之间具有良好的界面相 容性和热力学稳定性。另外，Nb-Si复合材料有宽的Nb 5Si3和Nbss(铌固溶体)两相区，可通过 共晶和共析反应产生微观组织变化制备复合材料。因此，由韧性较好的铌和铌硅化合物组 成的Nb-Si复合材料被认为是最有开发应用前景的超高温结构材料之一。然而，Nb-Si复合 材料在高温氧化气氛中迅速氧化失重，使Nb-Si复合材料难以在工程上得到应用。添加 Ti、 V、Hf、Zr、Cr、Mn、S i和Be等元素可减小氧在银中的扩散率，从而改善Nb-S i复合材料的抗氧 化性能。合金化的方法虽对Nb-Si复合材料的抗氧化性能有所改善，但合金化元素的加入量 必须超过一个临界值才能对基体起到保护作用，这将恶化材料的其他性能，特别是造成基 体高温机械性能的下降。因此，通过单一的合金化方法无法获得韧性好、熔点高、高温强度 高和抗氧化的Nb-Si复合材料。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料，该Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料在室温条件下的抗拉强度为627MPa~ 785MPa，断裂韧性为IlMPa · m1/2~18MPa · m1/2，1300°C抗拉强度为315MPa~426MPa，在 1300 。(:空气环境中氧化IOOh后材料损失仅为0.037mg/cm2~0.015mg/cm 2,具有高强度、高韧性和 高温抗氧化的特点，能够应用于1300°C的空气环境中。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材 料，其特征在于，由以下摩尔百分比的成分组成：Si 3%~11%，Ti 4%~12%，Hf 3%~ 7%，ZrC 3%~7%，余量为Nb和不可避免的杂质。
[0005] 上述的Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料，其特征在于，由以下摩尔百分比的成分组成： Si 4%~10%，Ti 6%~10%，Hf 4%~6%，ZrC 4%~6%，余量为Nb和不可避免的杂质。
[0006]上述的Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料，其特征在于，由以下摩尔百分比的成分组成： Si 7%，Ti 8%，Hf 5%，ZrC 5%，余量为Nb和不可避免的杂质。
[0007]另外，本发明还提供了 一种制备上述Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料的方法，其特征在 于，该方法包括以下步骤：
[0008] 步骤一、将Si粉、Ti粉、Hf粉、ZrC粉和Nb粉置于球磨机中球磨混合均匀，然后在真 空条件下烘干，粉碎后得到混合粉料；
[0009] 步骤二、将步骤一中所述混合粉料置于热压烧结炉中，在真空度不大于1.2 XHT 2Pa，温度为1700°C~1800°C，压力为30MPa~50MPa的条件下热压烧结Ih~2h，随炉冷却后 得到Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料。
[0010]上述的方法，其特征在于，步骤一中所述Si粉、Ti粉和ZrC粉的质量纯度均不小于 99%，所述Hf粉的质量纯度不小于98%，所述Nb粉的质量纯度不小于99.9%。
[0011] 上述的方法，其特征在于，步骤一中所述Si粉和ZrC粉的粒径均不大于Ιμπι，所述Ti 粉和Nb粉的粒径均不大于5μηι，所述Hf粉的粒径不大于1 Ομπι。
[0012] 上述的方法，其特征在于，步骤一中所述球磨为湿法球磨，所述湿法球磨的过程中 采用无水乙醇为分散剂，所述无水乙醇的体积为Si粉、Ti粉、Hf粉、ZrC粉和Nb粉质量之和的 2~3倍，其中体积的单位为mL，质量的单位为g。
[0013] 上述的方法，其特征在于，步骤一中所述球磨机的转速为400rpm~500rpm，所述湿 法球磨的球料质量比为(6~10): 1，球磨时间为20h~30h。
[0014] 上述的方法，其特征在于，步骤一中所述烘干的温度为90°C~100°C。
[0015] 本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0016] 1、本发明提供了一种Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料，该Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料在 室温条件下的抗拉强度为627MPa~785MPa，断裂韧性为IlMPa · m1/2~18MPa · m1/2，1300°C 抗拉强度为315MPa~426MPa，在1300°C空气环境中氧化IOOh后材料损失只有0.037mg/cm2 ~0.015mg/cm2,具有高强度、高韧性和高温抗氧化的特点，能够应用于1300°C的空气环境 中。
[0017] 2、本发明采用机械合金化和热压烧结的工艺过程制备Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材 料，该方法具有能耗低、周期短的优点，制备的Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料由Nbss相、Nb5Si 3 相和ZrC相组成，细小的Nb5Si3金属间化合物相和ZrC陶瓷相均匀分布Nb基体中。
[0018] 3、本发明将Ti引入到Nb-Si复合材料体系中，改善了 Nb基体的抗氧化性能，降低了 复合材料的密度，提高了复合材料的断裂韧性;将ZrC引入到Nb-Si复合材料体系中，极大提 高了Nb-Si系复合材料的力学性能和高温抗氧化性能。
[0019] 4、本发明采用Ti、Hf多成分合金化和ZrC陶瓷相多相复合技术，使Nb-Si-Ti-Hf- ZrC复合材料的室温断裂韧性、高温抗拉强度和高温抗氧化能力达到了良好平衡。
[0020] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明实施例1制备的Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料的显微组织图。
【具体实施方式】
[0022] 实施例1
[0023] 本实施例Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料由以下摩尔百分比的成分组成：Si 7%，Ti 8%，Hf 5%，ZrC 5%，余量为Nb和不可避免的杂质。
[0024]本实施例Nb-S i -T i -Hf-ZrC复合材料的制备方法包括以下步骤：
[0025]步骤一、将Si粉、Ti粉、Hf粉、ZrC粉和Nb粉置于球磨机中，采用湿法球磨的方式混 合均匀，然后在真空条件下烘干，烘干后粉碎得到混合粉料;优选地，所述硅粉的质量纯度 不小于99.99%，所述钛粉的质量纯度不小于99.99%，所述Si粉的质量纯度不小于99%，所 述Ti粉的质量纯度不小于99%，所述Hf粉的质量纯度不小于98%，所述ZrC粉的质量纯度不 小于99%，所述Nb粉的质量纯度不小于99.9%，所述Si粉的粒径不大于Ιμπι，所述Ti粉的粒 径不大于5μηι，所述Hf粉的粒径不大于1 Ομπι，所述Zr C粉的粒径不大于1 μπι，所述Nb粉的粒径 不大于5μπι;所述湿法球磨采用的分散剂为无水乙醇，所述无水乙醇的体积为Si粉、Ti粉、Hf 粉、ZrC粉和Nb粉质量之和的2.5倍，其中体积的单位为mL，质量的单位为g;所述球磨机为行 星式球磨机，优选地，所述球磨机的转速为450rpm，湿法球磨的球料质量比为8:1，球磨时间 为25h;所述烘干的温度优选为95°C ;
[0026]步骤二、将步骤一中所述混合粉料置于热压烧结炉中，在真空度为1.2X KT2Paj^ 度为1750 °C，压力为40MPa的条件下热压烧结1.5h，随炉冷却后得到Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合 材料。
[0027]本实施例制备的Nb-S i -T i -Hf-Zr C复合材料的显微组织如图1所示。从图1中可以 看出，本实施例制备的Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料含有铌固溶体(Nbss)相、Nb5Si3金属间化 合物相和ZrC陶瓷相。图1中，灰色的晶粒为Nbss相，黑灰色的晶粒为Nb 5Si3金属间化合物相， 黑色的晶粒为ZrC陶瓷相。Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料的基体由粗大的Nbss组成，细小的 Nb5Si3金属间化合物相均勾分布在Nbss基体中。亚微米ZrC陶瓷颗粒分布在晶界。这种均勾 分布的Nb5Si 3金属间化合物相和ZrC陶瓷颗粒对Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料产生强烈的弥散 强化，在高温变形过程中阻碍晶界的滑移，极大地提高了 Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料的高温 力学性能。同时，由于基体由良好塑性的粗大的Nb组成，并且呈连续分布(如图1所示），这种 理想的组织不仅使Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料具有优异的室温和高温力学性能，而且具有 较好的室温断裂韧性。进一步测试本实施例制备的Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料中铌固溶体 (Nbss)相、Nb5Si3金属间化合物相和ZrC相的化学成分组成，结果见表1。
[0028]表1实施例1制备的Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料的化学成分组成
[0031] 从表1可以看出，合金化元素 Ti和Hf主要固溶在Nb中形成Nbss。由于Hf元素与氧有 很高的亲和力，将Hf元素添加到Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料中，将大大降低氧在Nb基体中的 含量，减少了氧对Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料的不利影响，从而大大改善了Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料的断裂韧性。Ti固溶在Nb中，不但提高了Nbss的塑性，提高了材料的断裂韧性， 同时有利于在材料表面形成紧密连续的氧化层，减少裂纹的产生和氧气的渗入，从而改善 Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料的氧化性能。另一方面，在高温氧化气氛中，由于Ti、Hf合金化元 素以及ZrC陶瓷相的作用，在Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料表面形成一层致密的ZrO 2氧化膜， 阻止外面的氧气浸入造成继续氧化，使复合材料的高温抗氧化性能得到极大的提高。
[0032]本实施例制备的Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料在室温条件下的抗拉强度为785MPa， 断裂韧性为18MPa · mV2，1300°C抗拉强度为426MPa，在1300°C空气环境中氧化IOOh后材料 损失只有〇.〇15mg/cm 2,具有高强度、高韧性和高温抗氧化的特点，能够应用于1300°C的空 气环境中。
[0033] 实施例2
[0034] 本实施例Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料由以下摩尔百分比的成分组成：Si 3%，Ti 4%，Hf 3%，ZrC 3%，余量为Nb和不可避免的杂质。
[0035]本实施例Nb-S i -T i -Hf-ZrC复合材料的制备方法包括以下步骤：
[0036]步骤一、将Si粉、Ti粉、Hf粉、ZrC粉和Nb粉置于球磨机中，采用湿法球磨的方式混 合均匀，然后在真空条件下烘干，烘干后粉碎得到混合粉料;优选地，所述硅粉的质量纯度 不小于99.99%，所述钛粉的质量纯度不小于99.99%，所述Si粉的质量纯度不小于99%，所 述Ti粉的质量纯度不小于99%，所述Hf粉的质量纯度不小于98%，所述ZrC粉的质量纯度不 小于99%，所述Nb粉的质量纯度不小于99.9%，所述Si粉的粒径不大于Ιμπι，所述Ti粉的粒 径不大于5μηι，所述Hf粉的粒径不大于1 Ομπι，所述Zr C粉的粒径不大于1 μπι，所述Nb粉的粒径 不大于5μπι;所述湿法球磨采用的分散剂为无水乙醇，所述无水乙醇的体积为Si粉、Ti粉、Hf 粉、ZrC粉和Nb粉质量之和的2倍，其中体积的单位为mL，质量的单位为g;所述球磨机为行星 式球磨机，优选地，所述球磨机的转速为400rpm，湿法球磨的球料质量比为6:1，球磨时间为 20h;所述烘干的温度优选为90°C ;
[0037]步骤二、将步骤一中所述混合粉料置于热压烧结炉中，在真空度为1.2X KT2Paj^ 度为1700 °C，压力为30MPa的条件下热压烧结lh，随炉冷却后得至IjNb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材 料。
[0038]本实施例制备的Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料在室温条件下的抗拉强度为627MPa， 断裂韧性为IlMPa · mV2，1300°C抗拉强度为315MPa，在1300°C空气环境中氧化IOOh后材料 损失只有〇.〇37mg/cm 2,具有高强度、高韧性和高温抗氧化的特点，能够应用于1300°C的空 气环境中。
[0039] 实施例3
[0040] 本实施例Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料由以下摩尔百分比的成分组成：Si 11%，Ti 12%，Hf 7%，ZrC 7%，余量为Nb和不可避免的杂质。
[0041 ]本实施例Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料的制备方法包括以下步骤：
[0042]步骤一、将Si粉、Ti粉、Hf粉、ZrC粉和Nb粉置于球磨机中，采用湿法球磨的方式混 合均匀，然后在真空条件下烘干，烘干后粉碎得到混合粉料;优选地，所述硅粉的质量纯度 不小于99.99%，所述钛粉的质量纯度不小于99.99%，所述Si粉的质量纯度不小于99%，所 述Ti粉的质量纯度不小于99%，所述Hf粉的质量纯度不小于98%，所述ZrC粉的质量纯度不 小于99%，所述Nb粉的质量纯度不小于99.9%，所述Si粉的粒径不大于Ιμπι，所述Ti粉的粒 径不大于5μηι，所述Hf粉的粒径不大于1 Ομπι，所述Zr C粉的粒径不大于1 μπι，所述Nb粉的粒径 不大于5μπι;所述湿法球磨采用的分散剂为无水乙醇，所述无水乙醇的体积为Si粉、Ti粉、Hf 粉、ZrC粉和Nb粉质量之和的2倍，其中体积的单位为mL，质量的单位为g;所述球磨机为行星 式球磨机，优选地，所述球磨机的转速为500rpm，湿法球磨的球料质量比为10:1，球磨时间 为30h;所述烘干的温度优选为HKTC ;
[0043]步骤二、将步骤一中所述混合粉料置于热压烧结炉中，在真空度为1.2X KT2Pa,温 度为1800 °C，压力为50MPa的条件下热压烧结2h，随炉冷却后得到Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材 料。
[0044]本实施例制备的Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料在室温条件下的抗拉强度为630MPa， 断裂韧性为12MPa · m1/2，1300°C抗拉强度为421MPa，在1300°C空气环境中氧化IOOh后材料 损失只有〇.〇21mg/cm 2,具有高强度、高韧性和高温抗氧化的特点，能够应用于1300°C的空 气环境中。
[0045] 实施例4
[0046] 本实施例Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料由以下摩尔百分比的成分组成：Si 4%，Ti 6%，Hf 4%，ZrC 4%，余量为Nb和不可避免的杂质。
[0047]本实施例Nb-S i -T i -Hf-ZrC复合材料的制备方法包括以下步骤：
[0048]步骤一、将Si粉、Ti粉、Hf粉、ZrC粉和Nb粉置于球磨机中，采用湿法球磨的方式混 合均匀，然后在真空条件下烘干，烘干后粉碎得到混合粉料;优选地，所述硅粉的质量纯度 不小于99.99%，所述钛粉的质量纯度不小于99.99%，所述Si粉的质量纯度不小于99%，所 述Ti粉的质量纯度不小于99%，所述Hf粉的质量纯度不小于98%，所述ZrC粉的质量纯度不 小于99%，所述Nb粉的质量纯度不小于99.9%，所述Si粉的粒径不大于Ιμπι，所述Ti粉的粒 径不大于5μηι，所述Hf粉的粒径不大于1 Ομπι，所述Zr C粉的粒径不大于1 μπι，所述Nb粉的粒径 不大于5μπι;所述湿法球磨采用的分散剂为无水乙醇，所述无水乙醇的体积为Si粉、Ti粉、Hf 粉、ZrC粉和Nb粉质量之和的1.5倍，其中体积的单位为mL，质量的单位为g;所述球磨机为行 星式球磨机，优选地，所述球磨机的转速为450rpm，湿法球磨的球料质量比为8:1，球磨时间 为25h;所述烘干的温度优选为HKTC ;
[0049]步骤二、将步骤一中所述混合粉料置于热压烧结炉中，在真空度为1.2X KT2Pa,温 度为1750 °C，压力为50MPa的条件下热压烧结lh，随炉冷却后得至IjNb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材 料。
[0050]本实施例制备的Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料在室温条件下的抗拉强度为715MPa， 断裂韧性为16MPa · m1/2，1300°C抗拉强度为391MPa，在1300°C空气环境中氧化IOOh后材料 损失只有〇.〇31mg/cm 2,具有高强度、高韧性和高温抗氧化的特点，能够应用于1300°C的空 气环境中。
[0051 ] 实施例5
[0052] 本实施例Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料由以下摩尔百分比的成分组成：Si 10%，Ti 10%，Hf 6%，ZrC 6%，余量为Nb和不可避免的杂质。
[0053]本实施例Nb-S i -T i -Hf-ZrC复合材料的制备方法包括以下步骤：
[0054]步骤一、将Si粉、Ti粉、Hf粉、ZrC粉和Nb粉置于球磨机中，采用湿法球磨的方式混 合均匀，然后在真空条件下烘干，烘干后粉碎得到混合粉料;优选地，所述硅粉的质量纯度 不小于99.99%，所述钛粉的质量纯度不小于99.99%，所述Si粉的质量纯度不小于99%，所 述Ti粉的质量纯度不小于99%，所述Hf粉的质量纯度不小于98%，所述ZrC粉的质量纯度不 小于99%，所述Nb粉的质量纯度不小于99.9%，所述Si粉的粒径不大于Ιμπι，所述Ti粉的粒 径不大于5μηι，所述Hf粉的粒径不大于1 Ομπι，所述Zr C粉的粒径不大于1 μπι，所述Nb粉的粒径 不大于5μπι;所述湿法球磨采用的分散剂为无水乙醇，所述无水乙醇的体积为Si粉、Ti粉、Hf 粉、ZrC粉和Nb粉质量之和的1.5倍，其中体积的单位为mL，质量的单位为g;所述球磨机为行 星式球磨机，优选地，所述球磨机的转速为400rpm，湿法球磨的球料质量比为8:1，球磨时间 为30h;所述烘干的温度优选为HKTC ;
[0055]步骤二、将步骤一中所述混合粉料置于热压烧结炉中，在真空度为1.2X KT2Pa,温 度为1800 °C，压力为50MPa的条件下热压烧结lh，随炉冷却后得至IjNb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材 料。
[0056]本实施例制备的Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料在室温条件下的抗拉强度为702MPa， 断裂韧性为15MPa · m1/2，1300°C抗拉强度为379MPa，在1300°C空气环境中氧化IOOh后材料 损失只有〇.〇27mg/cm 2,具有高强度、高韧性和高温抗氧化的特点，能够应用于1300°C的空 气环境中。
[0057] 实施例6
[0058] 本实施例Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料由以下摩尔百分比的成分组成：Si 4%，Ti 6%，Hf 6%，ZrC 6%，余量为Nb和不可避免的杂质。
[0059]本实施例Nb-S i -T i -Hf-ZrC复合材料的制备方法包括以下步骤：
[0060]步骤一、将Si粉、Ti粉、Hf粉、ZrC粉和Nb粉置于球磨机中，采用湿法球磨的方式混 合均匀，然后在真空条件下烘干，烘干后粉碎得到混合粉料;优选地，所述硅粉的质量纯度 不小于99.99%，所述钛粉的质量纯度不小于99.99%，所述Si粉的质量纯度不小于99%，所 述Ti粉的质量纯度不小于99%，所述Hf粉的质量纯度不小于98%，所述ZrC粉的质量纯度不 小于99%，所述Nb粉的质量纯度不小于99.9%，所述Si粉的粒径不大于Ιμπι，所述Ti粉的粒 径不大于5μηι，所述Hf粉的粒径不大于1 Ομπι，所述Zr C粉的粒径不大于1 μπι，所述Nb粉的粒径 不大于5μπι;所述湿法球磨采用的分散剂为无水乙醇，所述无水乙醇的体积为Si粉、Ti粉、Hf 粉、ZrC粉和Nb粉质量之和的2倍，其中体积的单位为mL，质量的单位为g;所述球磨机为行星 式球磨机，优选地，所述球磨机的转速为500rpm，湿法球磨的球料质量比为10:1，球磨时间 为20h;所述烘干的温度优选为HKTC ;
[0061]步骤二、将步骤一中所述混合粉料置于热压烧结炉中，在真空度为1.2X KT2Paj^ 度为1700 °C，压力为40MPa的条件下热压烧结lh，随炉冷却后得到Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材 料。
[0062]本实施例制备的Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料在室温条件下的抗拉强度为678MPa， 断裂韧性为13MPa · m1/2，1300°C抗拉强度为365MPa，在1300°C空气环境中氧化IOOh后材料 损失只有〇.〇31mg/cm 2,具有高强度、高韧性和高温抗氧化的特点，能够应用于1300°C的空 气环境中。
[0063] 实施例7
[0064] 本实施例Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料由以下摩尔百分比的成分组成：Si 3%，Ti 4%，Hf 7%，ZrC 7%，余量为Nb和不可避免的杂质。
[0065]本实施例Nb-S i -T i -Hf-ZrC复合材料的制备方法包括以下步骤：
[0066]步骤一、将Si粉、Ti粉、Hf粉、ZrC粉和Nb粉置于球磨机中，采用湿法球磨的方式混 合均匀，然后在真空条件下烘干，烘干后粉碎得到混合粉料;优选地，所述硅粉的质量纯度 不小于99.99%，所述钛粉的质量纯度不小于99.99%，所述Si粉的质量纯度不小于99%，所 述Ti粉的质量纯度不小于99%，所述Hf粉的质量纯度不小于98%，所述ZrC粉的质量纯度不 小于99%，所述Nb粉的质量纯度不小于99.9%，所述Si粉的粒径不大于Ιμπι，所述Ti粉的粒 径不大于5μηι，所述Hf粉的粒径不大于1 Ομπι，所述Zr C粉的粒径不大于1 μπι，所述Nb粉的粒径 不大于5μπι;所述湿法球磨采用的分散剂为无水乙醇，所述无水乙醇的体积为Si粉、Ti粉、Hf 粉、ZrC粉和Nb粉质量之和的1倍，其中体积的单位为mL，质量的单位为g;所述球磨机为行星 式球磨机，优选地，所述球磨机的转速为500rpm，湿法球磨的球料质量比为8:1，球磨时间为 28h;所述烘干的温度优选为95°C ;
[0067]步骤二、将步骤一中所述混合粉料置于热压烧结炉中，在真空度为1.2X KT2Paj^ 度为1750 °C，压力为50MPa的条件下热压烧结2h，随炉冷却后得至IjNb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材 料。
[0068]本实施例制备的Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料在室温条件下的抗拉强度为631MPa， 断裂韧性为17MPa · m1/2，1300°C抗拉强度为415MPa，在1300°C空气环境中氧化IOOh后材料 损失只有〇.〇18mg/cm 2,具有高强度、高韧性和高温抗氧化的特点，能够应用于1300°C的空 气环境中。
[0069]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技 术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案 的保护范围内。
【主权项】
1. 一种Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料，其特征在于，由以下摩尔百分比的成分组成：Si 3%~ll%，Ti 4%~12%，Hf 3%~7%，ZrC 3%~7%，余量为Nb和不可避免的杂质。2. 根据权利要求1所述的Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料，其特征在于，由以下摩尔百分比 的成分组成：Si 4%~10%，Ti 6%~10%，Hf 4%~6%，ZrC 4%~6%，余量为Nb和不可 避免的杂质。3. 根据权利要求2所述的Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料，其特征在于，由以下摩尔百分比 的成分组成:Si 7%，Ti 8%，Hf 5%，ZrC 5%，余量为Nb和不可避免的杂质。4. 一种制备如权利要求1、2或3所述Nb-Si-Ti-Hf-ZrC复合材料的方法，其特征在于，该 方法包括以下步骤： 步骤一、将Si粉、Ti粉、Hf粉、ZrC粉和Nb粉置于球磨机中球磨混合均匀，然后在真空条 件下烘干，粉碎后得到混合粉料； 步骤二、将步骤一中所述混合粉料置于热压烧结炉中，在真空度不大于1.2 Xl(T2Pa，温 度为1700°C~1800°C，压力为30MPa~50MPa的条件下热压烧结lh~2h，随炉冷却后得到他-S i -T i -Hf-Zr C 复合材料。5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤一中所述Si粉、Ti粉和ZrC粉的质量纯 度均不小于99%，所述Hf粉的质量纯度不小于98%，所述Nb粉的质量纯度不小于99.9%。6. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤一中所述Si粉和ZrC粉的粒径均不大 于1 μπι，所述T i粉和Nb粉的粒径均不大于5μηι，所述Hf粉的粒径不大于1 Ομπι。7. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤一中所述球磨为湿法球磨，所述湿法 球磨的过程中采用无水乙醇为分散剂，所述无水乙醇的体积为Si粉、Ti粉、Hf粉、ZrC粉和Nb 粉质量之和的2~3倍，其中体积的单位为mL，质量的单位为g。8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤一中所述球磨机的转速为400rpm~ 500rpm，所述湿法球磨的球料质量比为(6~10): 1，球磨时间为20h~30h。9. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤一中所述烘干的温度为90°C~100°C。
【文档编号】C22C1/05GK106086564SQ201610470780
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】喻吉良, 郑欣, 王峰, 刘辉, 夏明星
【申请人】西北有色金属研究院