专利名称：一种制备纯净MoSi<sub>2</sub>-WSi<sub>2</sub>复合粉末的方法
技术领域：
本发明涉及粉末冶金领域。更具体地说，是涉及一种合金化硅化物复合 粉末的制备方法。
技术背景金属间化合物MoSi2以其高熔点(203(TC)、较低密度(6.24g/cm3)、优异的高温抗氧化性和耐蚀性、良好的导电导热性而成为新型高温结构材料的研究 热点之一。然而MoSi2的室温脆性和低的高温强度限制了其作为高温结构材 料和发热体材料的应用。合金化是强韧化MoSb的一种有效方法，而在MoSb 所有的合金化硅化物中，WSi2的应用是最为广泛的。WSi2和MoSi2具有相同 的四方CIIb结构，二者的点阵常数也非常接近，分别为a=0.3218nm、 c=0.7840nm和a=0.3205nm、 c=0.7845nm，因此二者可以形成完全固溶体。据 文献报道，WSi2-MoSi2固溶复合材料在1500'C时的屈服强度要比纯MoSi2的 屈服强度高8 10倍。W元素的主要作用是置换MoSi2中的Mo原子，并形 成合金化合物(Mo， W)Si2，其蠕变速率低于MoSi2，从而提高了材料的高温 强度。用部分W取代Mo制成(Mo， W) Si2合金型发热体，不仅可使发热 体的机械强度有所提高，而且可使最高使用温度从170(TC提高到190(rC。因 此，为了提高超高温型二硅化钼发热元件的高温抗蠕变性能，采用MoSi2-WSi2 固溶复合材料作为基体材料。燃烧合成是一种利用放热反应合成材料的技术。燃烧合成以其点燃方式 可分为一端点火的自蔓延高温合成模式和整体引燃的热爆模式。对于一个放 热反应，当反应的绝热温度Tad^l800K时，适合于用自蔓延高温模式合成； 而对于低放热体系，适合于用热爆模式合成。热力学计算结果表明，自蔓延 高温合成MoSi2和WSi2的绝热燃烧温度分别为1943K和1512K，因此理论上 自蔓延高温合成的MoSirWSi2固溶复合材料中的WSi2的含量应低于 30mol%。寇开昌等研究了MoSi2-WSi2复合材料的自蔓延高温合成过程，发现 反应产物中有少量的(Mo， W)sSi3和微量残留的W，并且当W: Mo(摩尔比)21时，无法直接点火反应生成MoSi2-WSi2复合粉末。这主要是因为W的加 入降低了体系的绝热温度，.反应不完全。因此，MoSi2-WSi2复合粉末适合于 用热爆模式合成。由于MoSi2和WSi2都是一种组成范围很窄的化合物，因此要制成一种完 全符合化学理论组成的MoSi2、 WSb及(Mo， W) Si2都是非常困难的。目前， 在工业上制造和使用的合成MoSi2基材中通常都含有微量的游离Si或MosSi3。 研究发现，如果不对MosSi3或游离Si的含量加以控制，就会导致高温结构材料或发热体在高温下使用时的耐脆化性不稳定。游离Si或(MO， W)5Si3同样 会对M0Si2-WSi2复合材料产生不利的影响。发明内容本发明的目的在于提供一种制备MoSi2-WSi2复合粉末的方法，通过这种方法，可以解决目前在制备MoSi2-WSi2时合成产物中存在MOsSi3和WsSi3的问题，从而得到纯净的MoSi2-WSi2复合粉末。本发明MoSirWSi2复合粉末的制备方法包括以下步骤(1) 将Mo粉、W粉和Si粉按摩尔比(l-力Jc:2.02 2.06均匀混合，其 中0〈x〈l;(2) 将混合粉末压制成形；(3) 将压坯推入钼丝炉中，坯料先在400 60(TC下于H2气氛中停留 30 60min，而后迅速推入1420~1500°C的高温段，使之快速升温，保温 10 60min，然后推入冷却段冷却；(4) 将反应后的物料破碎后得到MoSi2-WSi2复合粉末。本发明利用高温装炉实现低放热体系的热爆模式合成。反应式为 (1 -x)Mo+xW+2Si=( 1 -x)MoSi2+jcWSi2 ，但在本发明中加入了比反应摩尔比多 0.1 0.3。/。的Si，可以完全消除燃烧合成产物中的MosSi3和W5Si3。此外，由于 Si在高温下会挥发，通过在硅熔点以上的保温，能排除反应物中过量的Si， 最终可以得到纯净的MoSi2-WSi2复合粉末。因此，本发明能制备出基本上不 含游离Si或MosSi3的纯净的MoSirWSi2复合粉末。而且，本发明工艺简单， 生产效率高。
图1:本发明合成的MoSirWSi2复合粉末的X射线衍射图谱； 图2:热爆合成产物(Mo0.5， W0.5)Si2表面的SEM图。
具体实施方式
实施例1首先将Mo粉、W粉和Si粉按摩尔比0.9:0.1:2.02配料并混合均匀，然后 在20MPa下压制成形。将压坯推入钼丝炉中。坯料先在400'C下于H2气氛中 停留30 min，而后迅速推入1420'C的高温段，使之快速升温，保温10 min推入冷却段冷却，破碎后得到(M0。.9,W。.,)Si2复合粉末。实施例2首先将Mo粉、W粉和Si粉按摩尔比0.7:0.3:2.04配料并混合均匀，然后 在50MPa下压制成形。将压坯推入钼丝炉中。坯料先在50(TC下于H2气氛中 停留45 min，而后迅速推入1450°C的高温段，使之快速升温，保温30 min推入冷却段冷却，破碎后得到(MOo.7，W().3)Si2复合粉末。实施例3首先将Mo粉、W粉和Si粉按摩尔比0.5:0.5:2.06配料并混合均匀，然后 在100MPa下压制成形。将压坯推入钼丝炉中。坯料先在60(TC下于H2气氛 中停留60 min，而后迅速推入1500'C的高温段，使之快速升温，保温60 min推入冷却段冷却，破碎后得至U(MO().5，W().5)Si2复合粉末。
权利要求
1. 一种制备纯净MoSi2-WSi2复合粉末的方法，其特征在于包含以下步骤(1)将Mo粉、W粉和Si粉按摩尔比(1-x)∶x∶2.02～2.06均匀混合，其中0＜x＜1；(2)将混合粉末压制成形；(3)将压坯推入钼丝炉中，坯料先在400～600℃下于H2气氛中停留30～60min，而后迅速推入1420～1500℃的高温段，使之快速升温，保温10～60min，然后推入冷却段冷却；(4)将反应后的物料破碎。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于所述Mo粉、W粉和Si粉摩尔 比为(l-x):x:2.04。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述Mo粉、W粉和Si粉 压制成形时的压力为20 100MPa。
全文摘要
本发明公开了一种制备纯净MoSi<sub>2</sub>-WSi<sub>2</sub>复合粉末的方法将Mo粉、W粉和Si粉按摩尔比(1-x)∶x∶2.02～2.06均匀混合后压制成形，其中0＜x＜1，将压坯推入钼丝炉中，先在低温下于H<sub>2</sub>气氛中停留30～60min，而后迅速推入1420～1500℃的高温段，保温10～60min，然后推入冷却段冷却；将反应后的物料破碎。本发明中由于加入了比反应摩尔比多0.1～0.3％的Si，可以完全消除燃烧合成产物中的Mo<sub>5</sub>Si<sub>3</sub>和W<sub>5</sub>Si<sub>3</sub>。此外，通过在硅熔点以上的保温，又能排除反应物中过量的Si，最终可以得到纯净的MoSi<sub>2</sub>-WSi<sub>2</sub>复合粉末，且工艺简单，生产效率高。
文档编号B22F9/16GK101264522SQ200710034539
公开日2008年9月17日 申请日期2007年3月15日 优先权日2007年3月15日
发明者冉丽萍, 可 彭, 易茂中 申请人:中南大学