专利名称：碳纳米管改性二硅化钼基复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及的是一种复合材料，具体地说是一种MoSi2基复合材 料。本发明还涉及一种MoSh基复合材料的制备方法。
二背景技术：
二硅化钼(MoSi》金属间化合物是一类性能介于金属与陶瓷之间 的新型材料，其以诱人的高温物理化学性能，引起了国际材料界极大 的兴趣。特别在美国，自80年代中期以来这方面的开发和研究蓬勃 兴起，随后风靡世界各国。目前金属铝化物(Ni2Al、 Ti2Al、 Fe2Al、 Ntai等系)虽然由于它们良好的抗氧化性和较小的比重，改性的金 属铝化物(如TiAl、 Ti3Al、 Ni3Al等)及其复合材料已走出实验室研究 阶段，但这类材料的使用温度与Ni基合金相比并无明显优势。因此， 急需开发和研制可在更高温度(>120(TC)下使用的新型高性能结构材 料。难熔金属硅化物特别是它们的典型代表二硅化钼(MoSi2)由于具 有良好的综合性能极有希望成为该类材料的候选。
但是众所周知，二硅化钼(Mosy的重要缺点是室温脆性大、高
温强度低和抗蠕变性能差。
多年来，科学家们对MoS i 2基金属间化合物的增韧增强作了大量 的研究，目前主要走的是合金化和复合化来改性MoSi2基金属间化合 物的两条主要路子，但是耐热金属元素(Ti、 V、 Cr、 Z、 Nb、 Mo、 Hf、 W)都在高温下不能和MoSi2完全化学相容，普遍釆用增强体来提高， 高温强度和改善韧性。无论是合金或金属、陶瓷颗粒或晶须以及相变 增韧增强，普遍存在高温抗氧化性能下降(金属的添加)、基体与增强 体的化学相容性的不匹配、高温力学性能的衰减严重等致使这种复合 材料很难适应高温(〉120(TC)环境下对强度和韧性的需求。研究的工
作也主要是停留在实验阶段，极少有工程化的实例。
三
发明内容
本发明的目的在于提供 一种具有机械性能优异的高碳纳米管改 性二硅化钼基复合材料。本发明的目的还在于提供一种可以是获得的
材料致密、气孔率小、纯度高的碳纳米管改性二硅化钼基复合材料及 其制备方法。 、
本发明的碳纳米管改性二硅化钼基复合材料是由重量百分比为
碳纳米管1-7%和MoSi293-99Y。制成的。 本发明的产品还可以包括
1、 它是由重量百分比为碳纳米管1。/。和MoSi299y。制成的。
2、 它是由重量百分比为碳纳米管2。/。和MoSi298y。制成的。
3、 它是由重量百分比为碳纳米管3y。和MoSi297。/。制成的。
4、 它是由重量百分比为碳纳米管4y。和MoSi296X制成的。
5、 它是由重量百分比为碳纳米管5y。和MoSi295"/。制成的。
6、 它是由重量百分比为碳纳米管6"/。和MoSi294y。制成的。
7、 它是由重量百分比为碳纳米管7X和MoSi293"/。制成的。 本发明的碳纳米管改性二硅化钼基复合材料是采用这样的方法
来制备的
按照重量百分比为碳纳米管1-7。/。和MoSi293-99y。的比例将各原料 混合；置于装有无水乙醇的容器中进行超声波分散处理30min;将分 散好的溶液放入球磨罐中进行球磨4小时；将球磨过的浆料进行冷冻 干燥，然后进行研磨、过130目筛；将准备好的粉体放入石墨磨具中， 在140(TC温度下烧结40min得到碳纳米管掺杂MoSi2烧结体。所述的 将分散好的溶液放入球磨罐中进行球磨的球料比为20:1,转速为450 转/min。
本发明的产品是按照一定的重量百分比将各原料混合均匀，将经 过超声波分散和球磨混合后的干燥粉体置于真空热压烧结炉中，在 140(TC进行烧结，得到MoSi2基复合材料。
釆用本发明的方法制备的碳纳米管掺杂MoS"基复合材料球磨细 化颗粒相结合，克服了单独使用热压烧结技术制备MoSi2基复合材料 烧结温度高的缺点，使烧结温度降低了 20(TC。与机械合金化方法和 高温自蔓延合成方法相比，得到的MoSi2基复合材料致密、气孔率小、 纯度高。
图1是本发明涉及的热压烧结的工艺图。
图2-a是纯MoSi2的烧结后试样的微观组织图。 图2-b是碳纳米管掺杂MoSi2的烧结后试样的微观组织图。 图3是本发明的热压烧结的MoSh和碳纳米管掺杂MoSi2的烧结 性能图。
四具体实施方式
下面举例对本发明作更详细的描述
1、 按照重量百分比为碳纳米管ly。和MoSi299y。的比例将各原料混 合；置于装有无水乙醇的容器中进行超声波分散处理30min;将分散 好的溶液放入球磨罐中进行球磨4小时，球料比为20: 1，转速为450 转/min;将球磨过的浆料进行冷冻干燥，然后进行研磨、过13G目筛； 将准备好的粉体放入石墨磨具中，在140(TC温度下烧结40min得到 碳纳米管掺杂MoSi2烧结体。
2、 按照重量百分比为碳纳米管2。/。和MoSi298y。的比例将各原料混 合；置于装有无水乙醇的容器中进行超声波分散处理30min;将分散 好的溶液放入球磨罐中进行球磨4小时，球料比为20: 1,转速为450 转/min;将球磨过的浆料进行冷冻干燥，然后进行研磨、过130目筛； 将准备好的粉体放入石墨磨具中，在MO(TC温度下烧结40min得到 碳纳米管掺杂MoSi2烧结体。
3、 按照重量百分比为碳纳米管3y。和MoSi297Y。的比例将各原料混 合；置于装有无水乙醇的容器中进行超声波分散处理30min;将分散 好的溶液放入球磨罐中进行球磨4小时，球料比为20: 1，转速为450 转/min;将球磨过的浆料进行冷冻干燥，然后进行研磨、过130目筛； 将准备好的粉体放入石墨磨具中，在"O(TC温度下烧结40min得到 碳纳米管掺杂MoSh烧结体。
4、 按照重量百分比为碳纳米管4y。和MoSi296"/。的比例将各原料混 合；置于装有无水乙醇的容器中进行超声波分散处理30min;将分散 好的溶液放入球磨罐中进行球磨4小时，球料比为20: 1，转速为450 转/min;将球磨过的浆料进行冷冻干燥，然后进行研磨、过130目筛； 将准备好的粉体放入石墨磨具中，在"0(TC温度下烧结40min得到 碳纳米管掺杂MoSi2烧结体。
5、 按照重量百分比为碳纳米管5y。和MoSi29^的比例将各原料混
合；置于装有无水乙醇的容器中进行超声波分散处理30min;将分散 好的溶液放入球磨罐中进行球磨4小时，球料比为20: 1，转速为450 转/min;将球磨过的浆料进行冷冻干燥，然后进行研磨、过130目筛； 将准备好的粉体放入石墨磨具中，在140(TC温度下烧结40min得到 碳纳米管掺杂MoSi2烧结体。
6、 按照重量百分比为碳纳米管5。/。和MoSi295y。的比例将各原料混 合；置于装有无水乙醇的容器中进行超声波分散处理30min;将分散 好的溶液放入球磨罐中进行球磨4小时，球料比为20: 1，转速为450 转/min;将球磨过的浆料进行冷冻干燥，然后进行研磨、过130目筛； 将准备好的粉体放入石墨磨具中，在140(TC温度下烧结40min得到 碳纳米管掺杂MoSi2烧结体。
7、 按照重量百分比为碳纳米管6y。和MoSi294。/。的比例将各原料混 合；置于装有无水乙醇的容器中进行超声波分散处理30min;将分散 好的溶液放入球磨罐中进行球磨4小时，球料比为20: 1，转速为450 转/min;将球磨过的浆料进行冷冻干燥，然后进行研磨、过130目筛； 将准备好的粉体放入石墨磨具中，在140(TC温度下烧结40min得到 碳纳米管掺杂MoS"烧结体。
8、 按照重量百分比为碳纳米管7W和MoSi29 3y。的比例将各原料混 合；置于装有无水乙醇的容器中进行超声波分散处理30min;将分散 好的溶液放入球磨罐中进行球磨4小时，球料比为20: 1，转速为450 转/min;将球磨过的浆料进行冷冻干燥，然后进行研磨、过130目筛； 将准备好的粉体放入石墨磨具中，在140(TC温度下烧结40min得到 碳纳米管掺杂MoSi2烧结体。
通过在上述具体实施方式
实，应用热压烧结技术结合超声波和球 磨工艺，获得了致密度高于94%，断裂韧性提高了 53%,抗弯强度提 高了 56%，维氏硬度提高了 28y。的碳纳米管掺杂MoS"基复合材料。
比较例将纯MoS"在装有无水乙醇的烧杯中进行超声波分散 30min;将分散好的溶液放入球磨罐中进行球磨4小时，其中球料比 为20:1,转速为450转/min;球磨后的浆料经过冷冻干燥、研磨、过 筛后放入石墨磨具中，在140(TC烧结40min得到MoSi2烧结体。
值得指出的是碳纳米管的加入，使得MoSi2在球磨时引入了大量的晶体缺陷，细化了粉体的颗粒，因而粉末的活性强，利于降低烧 结的表观活化能和烧结温度。在烧结时由于粉体的细化，增加了颗粒 的接触面积，利于烧结过程中气体的挥发和物质之间的流动和扩散。
碳纳米管的加入，通过桥联和拔出机制，明显的改善了 MoSi2的室温 力学性能。
权利要求
1、一种碳纳米管改性二硅化钼基复合材料，其特征是它是由重量百分比为碳纳米管1-7％和MoSi293-99％制成的。
2、 根据权利要求1所述的碳纳米管改性二硅化钼基复合材料， 其特征是它是由重量百分比为碳纳米管1。/。和MoSi299y。制成的。
3、 根据权利要求1所述的碳纳米管改性二硅化钼基复合材料， 其特征是它是由重量百分比为碳纳米管2y。和MoSi298y。制成的。
4、 根据权利要求1所述的碳纳米管改性二硅化钼基复合材料， 其特征是它是由重量百分比为碳纳米管3y。和MoSi297"/。制成的。
5、 根据权利要求1所述的碳纳米管改性二硅化钼基复合材料， 其特征是它是由重量百分比为碳纳米管4y。和MoSh96y。制成的。
6、 根据权利要求1所述的碳纳米管改性二硅化钼基复合材料， 其特征是它是由重量百分比为碳纳米管5y。和MoSi295"/。制成的。
7、 根据权利要求1所述的碳纳米管改性二硅化钼基复合材料， 其特征是它是由重量百分比为碳纳米管6"/。和MoSi294y。制成的。
8、 根据权利要求l所述的碳纳米管改性二硅化钼基复合材料， 其特征是它是由重量百分比为碳纳米管7y。和MoSi293。/。制成的。
9、 一种碳纳米管改性二硅化钼基复合材料的制备方法，其特征 是按照重量百分比为碳纳米管1-7%和MoSi293-99^的比例将各原料 混合；置于装有无水乙醇的容器中进行超声波分散处理冗min;将分 散好的溶液放入球磨罐中进行球磨4小时；将球磨过的浆料进行冷 冻干燥，然后进行研磨、过130目筛；将准备好的粉体放入石墨磨 具中，在140(TC温度下烧结40min得到碳纳米管掺杂MoSi2烧结体。
10、 根据权利要求IO所述的碳纳米管改性二硅化钼基复合材料 的制备方法，其特征是所述的将分散好的溶液放入球磨罐中进行 球磨的球料比为20: 1，转速为450转/min。
全文摘要
本发明提供的是一种碳纳米管改性二硅化钼基复合材料及其制备方法。按照重量百分比为碳纳米管1-7％和MoSi<sub>2</sub>93-99％的比例将各原料混合；置于装有无水乙醇的容器中进行超声波分散处理30min；将分散好的溶液放入球磨罐中进行球磨4小时；将球磨过的浆料进行冷冻干燥，然后进行研磨、过130目筛；将准备好的粉体放入石墨磨具中，在1400℃温度下烧结40min得到碳纳米管掺杂MoSi<sub>2</sub>烧结体。采用本方法制备的碳纳米管掺杂MoSi<sub>2</sub>复合材料具有优异的常温与高温机械性能，并且具备良好导电导热性，是一种新型高性能高温结构材料，有望用于高温热防护体系。
文档编号C04B35/58GK101177348SQ20071014448
公开日2008年5月14日 申请日期2007年10月26日 优先权日2007年10月26日
发明者乔英杰, 刘爱东, 宋乐平, 张晓红, 方双全, 王志刚 申请人:哈尔滨工程大学