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Al合金化协同Al2O3复合化Mo(Si,Al)2/Al2O3材料的形成机制与韧化特征的跨尺度研究
结题报告
批准号:
51104161
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
冯培忠
依托单位:
学科分类:
E0413.粉末冶金与粉体工程
结题年份:
2014
批准年份:
2011
项目状态:
已结题
项目参与者:
强颖怀、王晓虹、牛继南、刘伟生、张帅、李承宇
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中文摘要
MoSi2是一种极具潜力的高温结构材料,但是,室温韧性低的缺点严重限制了其实用化进程。本课题基于合金化协同复合化的思想,利用固体与分子经验电子理论进行材料成分设计与性能预测;以MoO3、Mo、Si和Al为原料,提出采用燃烧合成技术制备Al合金化和Al2O3复合化共同作用的Mo(Si,Al)2/Al2O3粉末,通过燃烧合成热力学条件、动力学规律和结构宏观动力学特征分析,阐明Mo(Si,Al)2/Al2O3的形成机制,并建立相关物理模型。拟从宏观、位错、原子和电子四个层次上研究Mo(Si,Al)2/Al2O3复合材料的韧化特征,探讨宏观性能、位错组态、原子排列、电子结构四者之间的关系,明确微观过程和宏观性能之间的内在联系,揭示其韧化机理。本课题的研究将发展MoSi2、甚至有序金属间化合物的韧化理论和方法,为制备1200-1600℃使用的新一代硅化物基超高温结构材料提供重要的理论和实验依据。
英文摘要
MoSi2是一种潜在的可用于1200-1600℃的高温结构材料,但是却存在室温断裂韧性差、高温强度低和中温粉化瘟疫现象三大缺陷,严重限制了其作为结构材料的实用化进程。针对MoSi2室温韧性差的问题,本课题提出采用Al合金化和Al2O3复合化协同韧化的思想开展研究,通过燃烧合成结合热压烧结技术原位制备了Mo(Si1-x,Alx)2/yAl2O3复合材料,研究了燃烧合成特征和产物形成机制,分析了微观组织和力学性能,并从多角度探讨了相关韧化机理。结果表明:以Mo粉、Si粉、Al粉和MoO3粉为原料,采用燃烧合成技术一步法成功合成了Mo(Si1-x,Alx)2/yAl2O3材料,所有试样都发生了燃烧合成反应,并随着合金化Al和复合化Al2O3加入量的增加,燃烧合成反应更加剧烈,燃烧模式从螺旋模式转变为稳态模式,燃烧波蔓延速率从5mm/s增加到11mm/s,燃烧温度从1696K升高到2382K,均高于Si、Al和MoO3的熔点(1687K,993K和1068K),而低于Mo的熔点(2883K),因而燃烧合成反应机制为溶解——析出过程。XRD分析表明,随着合金化Al含量的增加,C11b型MoSi2衍射峰强度由强减弱直到消失,C40型Mo(Si,Al)2衍射峰从无到有,逐渐变成最强峰;微观组织和能谱分析表明微合金化协同微复合化Mo(Si0.95,Al0.05)2/5vol.%Al2O3材料中基体相仍然含有Al元素,而第二相转变为Al2O3,即原料中的Al确实起到合金化和复合化两种作用,并且在形成第二相Al2O3的过程中抑制了MoSi2中有害SiO2玻璃相的产生。通过热压烧结获得了致密度达到96.49%以上的块体材料,其中MoSi2的断裂韧性为3.3 MPa•m1/2,复合材料的断裂韧性均大于MoSi2,最高值达7.47 MPa•m1/2,提高了126.36%,复合材料的韧化机制主要为:颗粒拔出、裂纹偏转、裂纹桥接、断裂模式改变、位错缠结和价电子结构转变,即宏观上断裂韧性的提高是由于微观上颗粒拔出和裂纹偏转,位错层次上的位错缠结和网络状亚晶界,电子层次上的原子杂化状态改变及相应的价电子结构参数变化造成。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:--
发表时间:2012
期刊:Materials Chemistry and Physics
影响因子:--
作者:刘伟生;冯培忠;王晓虹;牛继南;沈承金;
通讯作者:
DOI:10.1016/j.apt.2011.01.003
发表时间:2012-03
期刊:Advanced Powder Technology
影响因子:5.2
作者:P. Feng;Weisheng Liu;A. Farid;Jie Wu;Jinan Niu;Xiaohong Wang;Y. Qiang
通讯作者:P. Feng;Weisheng Liu;A. Farid;Jie Wu;Jinan Niu;Xiaohong Wang;Y. Qiang
DOI:--
发表时间:2012
期刊:粉末冶金工业
影响因子:--
作者:张华;冯培忠;王晓虹;强颖怀;刘炯天
通讯作者:刘炯天
DOI:--
发表时间:2014
期刊:Ceramics International
影响因子:5.2
作者:Ji;ong Wang;Peizhong Feng;Jinan Niu;Ruixia Guo;Zhangsheng Liu;Farid Akhtar
通讯作者:Farid Akhtar
DOI:10.1016/j.corsci.2014.04.029
发表时间:2014-08
期刊:Corrosion Science
影响因子:8.3
作者:Ge Yuan;Wu Guangzhi;Wang Xiaohong;Farid, Akhtar
通讯作者:Farid, Akhtar
微纳米跨尺度结构功能一体化多孔材料的构筑与催化特性
  • 批准号:
    52020105011
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
  • 资助金额:
    246万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    冯培忠
  • 依托单位:
基于废弃硅钼棒全物质利用的钼合金表面耐高温涂层的构筑与抗氧化机制研究
  • 批准号:
    51874305
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    冯培忠
  • 依托单位:
绿色回收废旧二硅化钼中含钼相的微观结构演变及其光催化机制
  • 批准号:
    51574241
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    冯培忠
  • 依托单位:
国内基金
海外基金