MoSi2金属间化合物概述
MoSi2的强韧化及氧化烧蚀性能研究
工学硕士学位论文MoSi2的强韧化及氧化烧蚀性能研究THE RESEARCH OF STRENGTHENING, TOUGHENING, ABLATION AND OXIDATION OF MOLYBDENUM DISILICIDE BASED COMPOSITE徐东明哈尔滨工业大学2007年7月国内图书分类号：TB332国际图书分类号：620工学硕士学位论文MoSi2的强韧化及氧化烧蚀性能研究硕 士 研究生：徐东明导 师：张幸红教授申 请 学 位：工学硕士学 科、专 业：材料学所 在 单 位：复合材料与结构研究所答 辩 日 期：2007年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index: TB332U.D.C: 620Dissertation for the Master Degree in EngineeringTHE RESEARCH OF STRENGTHENING, TOUGHENING, ABLATION ANDOXIDATION OF MOLYBDENUMDISILICIDE BASED COMPOSITECandidate:Supervisor:Academic Degree Applied for: Speciality:Affiliation：Date of Defence:Degree-Conferring-Institution:Xu DongmingProf. Zhang Xinghong Master of Engineering Materials ScienceSchool of Astronautics July, 2007Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要金属间化合物MoSi2由于具有优异的高温抗氧化能力，而成为新一代航空发动机热端部件的热门候选材料。
但MoSi2的室温断裂韧性低，高温强度不足使其还不能立即应用于该领域。
航空航天金属间化合物研究现状
航空航天金属间化合物的研究现状摘要：本文主要介绍金属间化合物的分类，现在的研究现状，以及金属间化合物的制备和工艺。
金属间化合物简称IMC(Intem~etallicsCompounds)，主要是指金属元素间、金属元素与类金属元素间形成的化合物，其特点是各元素间既有化学计量的组分，而其成分又可在一定范围内变化从而形成以化合物为基体的固溶体。
为了能在21吐纪保持在航空和航天领域的优势，大力推动了这方面的研究工作，并发展出一种能耐更高温度、比强度更高的新型金属间化合物高温结构材料，给新一代航空和航天器的发展开辟一个新时代。
关键字：航空航天、金属间化合物、引言由于金属间化合物材料在航天航空等国防尖端技术领域和机械、冶金、化工等一般工业领域均有着广阔的应用前景，因此，世界上工业发达的国家都投人大量的人力和资金进行金属间化合物材料的研究。
美国国防部关键技术计划和国家关键技术计划中均将金属间化合物材料列为关键材料之一。
德国和日本等国也有相应的计划。
美国是第一个对金属间化合物燃气轮机涡轮叶片进行试验的国家，在该技术领域居领先地位，而德国、法国和日本主要工作集中在金属间化合物的研究上，而不是应用上。
我国在国家自然科学基金、国家“863”高新技术及国家科技攻关项目中都将金属间化合物结构材料列为重要的研究课题。
金属间化合物是指以金属元素或类金属元素为主构成的二元或多元合金系中出现的中间相化合物。
按照用途可将其分为两类：一类是结构材料，主要是利用其强度、刚度、硬度、耐热性和抗高温蠕变等性能；另一类是功能材料，主要是利用其特殊的光学、电学、声学和热学等特征。
用做结构材料的金属间化合物有多种亚型，其中主要包括镍、铁和钛的铝化物，例如Ni3AI、NiAI、Ti3A1、Ti～及Fe3A1和Fe A1等，它们主要用做高温结构材料。
由于这类高温材料是具有有序结构相的金属间化合物，故又称高温有序合金或高温金属间化合物。
与镍基高温合金相比，这类材料的高温性能更好，可在更高的温度下工作，而且密度小，抗腐蚀能力强，抗蠕变、抗疲劳性能好，因而它们作为新一代飞机发动机、火箭推进系统和空间动力系统的高温结构材料有着极大的竞争力。
渗镀二硅化钼耐蚀
渗镀二硅化钼耐蚀、耐热材料产品Molybdenum Disilicide Grads Material Product.(简称MDGM)二硅化钼（以下简称 MoSi2）属金属间化合物，它的性能介于陶瓷和金属之间，原子结合方式是共价键与金属键混合。
具有陶瓷和金属的综合性能。
MoSi2熔点高（2030℃），它具有优异的抗高温氧化能力，具有在多数酸、碱、盐等介质条件下耐腐蚀的功能（氧化性酸和盐除外），具有良好的导电性，高的热稳定性，还具有抵抗钠、锡、铅、锂、铋等熔融金属液浸蚀的本领。
过去许多科技工作者利用MoSi2上述特性，制造 MoSi2高温发热元件，高温热电偶保护套管；制造熔炼钠、锡、铅、锂、铋等金属的坩埚和原子反应堆装置的热交换器；还制造飞机、火箭、导弹的某些零部件。
过去 MoSi2零部件生产均采用先制造 MoSi2粉末，再用冷压烧结或热压法生产制成。
此工艺使 MoSi2制品尺寸和形状受到很大的限制。
采用此工艺生产出的MoSi2制品还存在两个致命的缺点，即室温下具有陶瓷的脆性，高温下具有金属的塑性，热强性很低。
化工、石油、冶金、建材行业很赏识 MoSi2的优良抗高温氧化和耐腐蚀性能。
但由于受制造技术限制，许多零部件无法加工成型，加之 MoSi2室温脆、高温强度低等因素的制约，使 MoSi2一直无法在耐热及耐蚀工程中大范围推广使用。
而渗镀二硅化钼梯度材料产品（以下简称 MDGM ）的研制成功，使推广应用 MoSi2的三大制约因素均迎刃而解。
MDGM 是传统 MoSi2产品脱胎换骨后的新产品，该产品是在钢或高温合金基体表层，通过高能离子渗镀MoSi2，进行基体材料的表面改性，形成具有两种材料综合性能的新型材料。
在室温下，基体材料的韧性使 MDGM 不脆了，耐蚀功能则由渗镀在表层的 MoSi2承担；在高温时，高温强度则由所选高温合金的基体材料决定，表层抗高温氧化的职责由 MoSi2负责。
因此， MDGM 一上市就受到了化工、石化、冶金、建材和机械等行业的青睐。
金属间化合物
④由于存在离子键或共价键，故金属间化合物往往硬而脆（强度高，塑性差）。但又因存在金属键的成分， 也或多或少具有金属特性（如有一定的塑性、导电性和金属光泽等）。
应用介绍
金属间化合物具有与原金属不同的结晶结构和原子结构，能形成新的有序超点阵结构，具有许多与众不同的 性质，而有别于目前广泛应用的金属或合金。在近几十年里得到了快速发展，应用领域也在逐渐扩大。
（1）高温应用 金属间化合物由于具有优于高温合金的耐热性、高的比强度、高的比寿命、高的导热性和高的抗氧化性，以 及具有优于陶瓷材料的韧性和良好的热加工性而受到广泛**，尤其受到航空部门的青睐。 金属间化合物（2）电磁应用 金属间化合物作为电磁材料是功能材料的一个分支，广泛应用于能源、通讯等领域。制成的磁性元器件具有 多种功能，如转换、传递、处理信息和存储能量等。 （3）超导材料 限制超导材料广泛应用的主要问题是超导转变温度太低，附加的冷却设备复杂。 （4）其他应用 用做贮氧材料、牙科材料等。
术语介绍
两种金属的原子按一定比例化合，形成与原来两者的晶格均不同的合金组成物。
金属间化合物 金属间化合物与普通化合物不同，其组成可在一定范围内变化，组成元素的化合价很难确定， 但具有显著的金属结合键。
其化学成分通常符合AmBn形式， 在金属功能材料中，有结构材料，如Ni3Ti、Ni3A1、NiAl、Fe3Al、FeAl、 Ti3Al和TiAl等可用作高温结构材料；磁性材料YCo5、 PcOsNd2Fe14B，形状记忆合金NiT，半导体材料GaAs、 InP，超导材料 Nb3Sn、V3Ga，储氢材料Lanis、FeTi、Mg2Ni等。
二氧化锡的功函-概述说明以及解释
二氧化锡的功函-概述说明以及解释1.引言1.1 概述二氧化锡是一种重要的金属氧化物，具有多种优异的性质和广泛的应用领域。
它是由锡与氧元素结合而成，化学式为SnO2。
二氧化锡具有高度晶体结构、高度透明性、优异的导电性和光学性能等特点，使其在传感器、光伏材料、催化剂、电子器件等领域具有重要应用。
本篇文章将详细介绍二氧化锡的性质、应用及制备方法，旨在为读者深入了解这一物质提供全面的信息和参考。
1.2 文章结构文章结构部分应该为：文章结构部分旨在介绍本文的布局和组织方式，以便读者更好地理解文章内容。
本文共分为引言、正文和结论三部分。
第一部分是引言部分，包括概述、文章结构和目的。
在概述部分，将简要介绍二氧化锡的基本信息和重要性；在文章结构部分，将介绍本文的框架和组织方式；在目的部分，将阐明写作该文的目的和意义。
第二部分是正文部分，包括二氧化锡的性质、应用和制备方法。
将详细介绍二氧化锡的物理化学性质，广泛应用领域和各种制备方法，以便读者深入了解二氧化锡的相关知识。
第三部分是结论部分，含总结、展望和结束语。
总结部分将对本文进行回顾和总结；展望部分将展望二氧化锡未来的发展方向和应用前景；结束语将为本文画上完美的句点，表达作者的思考和感悟。
通过以上结构，本文将全面且系统地探讨二氧化锡的相关内容，希望读者可以从中获得有益的启示和知识。
1.3 目的:本文的主要目的是介绍二氧化锡的功用及其在各个领域的应用。
通过对二氧化锡的性质、制备方法以及具体应用的论述，希望读者能够更深入地了解并认识二氧化锡在化工、材料科学、能源等领域的重要性以及发展前景。
同时也旨在向读者展示二氧化锡在现代社会中的广泛应用价值，促进其在工业生产与科研领域的进一步发展和应用。
通过这篇文章，希望能够激发读者对二氧化锡的兴趣，进一步推动相关领域的研究和发展。
2.正文2.1 二氧化锡的性质：二氧化锡（SnO2）是一种重要的氧化物材料，具有许多独特的性质。
首先，二氧化锡是一种无色的晶体，在纯净形态下呈透明状态，具有高度的光学透明性。
金属间化合物的定义
金属间化合物是指由两个或两个以上的金属元素构成的化合物，它们的原子之间通过共享电子对而形成了化学键。
这些化合物通常具有不同于其组成金属的物理和化学性质。
金属间化合物可以根据它们的晶体结构进行分类，其中一些常见的类型包括：
1. 正常价化合物：这类化合物的形成是由于金属原子之间的电子转
移，以达到稳定的电子结构。
例如，在FeCl2 中，铁原子失去两个电子，而氯原子获得两个电子，形成了具有离子键的化合物。
2. 电子化合物：这类化合物的形成是由于金属原子之间的共享电子
对，以形成稳定的电子结构。
例如，在Al2Cu 中，铝原子和铜原子共享电子对，形成了具有共价键的化合物。
3. 间隙化合物：这类化合物是由较小的金属原子填入较大金属原子
的晶格间隙中形成的。
例如，在Fe3C 中，碳原子填入了铁原子的晶格间隙中，形成了具有复杂结构的化合物。
金属间化合物在材料科学中具有重要的应用，例如在合金设计、催化剂、电子材料和磁性材料等领域。
它们的特殊性质可以通过改变组成元素、晶体结构和制备方法等来调控，以满足不同的应用需求。
MoSi2金属间化合物复合材料的强韧化机理及其制备技术
MoSi2金属间化合物复合材料的强韧化机理及其制备技术张小立;吕振林;金志浩
【期刊名称】《中国钼业》
【年(卷),期】2002(026)003
【摘要】重点介绍了国际上MoSi 2复合材料的热压、热等静压(HIP)、机械合金化(MA)、反应烧结等有效制备技术.文章指出MoSi2的复合化及其复合技术是改善其室温塑性及高温强度的有效途径.MoSi2复合材料的晶须增强是以裂纹反射为其主要机理,而颗粒强韧化是由于第二相的晶界钉扎作用.文章最后指出,建立相成分与性能的对应关系有助于工艺优化及其系统性研究.
【总页数】5页(P29-33)
【作者】张小立;吕振林;金志浩
【作者单位】西安交通大学材料科学与工程学院,710049,西安;西安交通大学材料科学与工程学院,710049,西安;西安交通大学材料科学与工程学院,710049,西安【正文语种】中文
【中图分类】TG146.4+12
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MoSi_2和WSi_2的价电子结构及性能分析
MoSi_2和WSi_2的价电子结构及性能分析
彭可;易茂中;冉丽萍
【期刊名称】《金属学报》
【年(卷),期】2006(42)11
【摘要】根据固体与分子经验电子理论,对MoSi2和WSi2的价电子结构进行了定量的分析,通过键距差方法计算了MoSi2和WSi2晶体中各键上的共价电子数．结果表明:在MoSi2和WSi2晶体中,沿<331>位向分布的Mo-Si和W-Si原子键最强,这些键上的共价电子数和键能分别影响化合物的硬度和熔点．晶体中晶格电子数影响其导电性和塑性, MoSi2晶体中含有较高密度的晶格电子,因此MoSi2的导电性和塑性比WSi2好．并从键络分布的不均匀性解释了MoSi2和WSi2脆性产生的原因．
【总页数】5页(P1125-1129)
【关键词】MoSi2;WSi2;价电子;硬度;导电率
【作者】彭可;易茂中;冉丽萍
【作者单位】中南大学粉末冶金国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TG148
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MoSi2金属间化合物概述
摘要：mosi2及其复合材料作为一种新型高温结构材料有着广阔的应用前景。
本文简要阐述了mosi2的结构特点、制备方法、力学性能、抗氧化性能以及mosi2材料在发展过程中所面临的一些问题。
关键字：mosi2；高温结构材料；金属间化合物
中图分类号： o52 文献标识码： a 文章编号：
引言
随着航天、航空和先进能源等近代科学技术的发展，对材料高温和抗氧化性能的要求更加苛刻。
从20世纪50年代至70年代末，金属基高温合金(如ni基、co基超合金)在低于1000℃范围内得到了较好的应用，但是由于受金属基体熔点的限制，继续提高高温合金的使用温度愈来愈难，人们开始寻求新的高温材料。
fleischer 等[1]总结了约300种在1500℃以上熔化的二元金属和金属与类金属的化合物，并展示了它们的熔点、密度、弹性模量及热硬度，从抗氧化性和高温结构强度的观点看，mosi2作为有潜力的候选材料之一，引起了极大的兴趣。
本文着重讨论了mosi2作为一种新型金属结构材料的性能特点，制备方法和发展前景等问题。
2. mosi2晶体结构
mosi2是mo-si二元合金系含硅量最高的一种中间相，mo、si原子半径相差不大(rmo=1.39nm, rsi=1.34~1.17nm)，电负性也比较接近(xmo=1.80~2.10, xsi=1.80~1.90)。
当mo与si的原子数之比
为1:2时即可形成成分比较固定的道尔顿型金属间化合物[2]，其结构符号为c11b。
这种晶体结构是由三个体心立方晶胞沿c轴方向经3次重叠，mo原子坐落于其中心结点及八个顶角，si原子位于其余结点，从而构成了稍微特殊的体心正方晶体结构。
从这种结构的原子密排面(110)上的原子组态可以看出，si-si原子组成了共价键，而mo-mo原子属于金属键结合，mo-si原子介于其间，致使这种结构中的原子结合具有金属键和共价键共存的特征。
3. mosi2的制备方法
mosi2及其复合材料的性能与制备工艺密切相关。
目前，主要采用机械合金化(ma)、自蔓延高温合成(shs)、等离子喷涂、固态置换反应、放热扩散等方法制备mosi2及其复合材料[3]。
3.1机械合金化(ma)
通过高能球磨使材料实现固态反应而合金化的方法称为机械合金化法(ma)，它是20世纪60年代后期研制氧化物弥散强化合金时发展起来的。
主要通过磨球与磨球之间，磨球和料罐之间的碰撞，是粉末产生塑性变形和加工硬化而被破碎。
这些被破碎的粉末在随后的球磨过程中又发生冷焊，再次破碎，如此反复破碎和混合，不同组元的原子相互渗入，从而达到合金化的目的[4]。
3.2高温自蔓延合成(shs)
自蔓延高温合成是指对于放热反应的反应物，经外加热源点火而起动反应，放出热量，放出的热量使反应自动维持，形成燃烧波向下或向前传播。
在高温固相自蔓延燃烧合成过程中发生的化学反应
主要是在颗粒之间或颗粒与相邻的液相之间进行的，这种化学反应的进行一般有两种控制机制：扩散和溶解—析晶[5]。
mosi2自蔓延反应过程中，最高温度往往达到1500℃以上，超过了硅粉的熔点(1415℃)，并且产物颗粒有明显的液相反应产物特征，据此可以推断反应是在液相si与固相mo之间进行的，并遵循溶解—析晶机制。
在点火热源或已反应区热量向燃烧波前沿快速传导作用下，燃烧波前沿处温度迅速超过硅的熔点，反应物硅被加热熔化，液态硅在毛细管张力作用下很快向周围铺展，大大增加了mo —si间的接触面积，触发合成反应快速进行。
mo—si原子间直接固溶反应和放热现象，导致在钼颗粒表面薄层范围内形成高温区，促使薄层内mo—si原子快速互溶，薄层外侧富硅成分处熔点相对较低，而熔化成富硅液相。
随着反应国度薄层相钼颗粒心部快速推移，富硅液相将逐渐偏离放热反应高温区的影响范围，随着温度下降其中将不断结晶析出mosi2。
随着反应热量的传递，新的液态硅出现，继续溶解—析晶过程，直到原料硅和钼被消耗完毕。
4. mosi2的组织与性能
4.1力学性能
mosi2的力学性能特点是室温硬而脆，具有较高的强度；高温塑性好，但强度低，容易发生蠕变。
这与高温结构陶瓷在整个使用温度范围内呈现明显脆性不同，mosi2具有明显的脆—延性转变特性，其转变温度一般在1000℃左右[6]。
一般可把多晶mosi2的力学性能分为三个区域，低温(<925℃)下是强脆性区，断裂韧性较低；中
温(925~1250℃)是强韧性区；1250℃以上是软塑性区，高温强度低。
室温下，mosi2的强度受限于脆性断裂。
高温下，mosi2因位错的开动和晶界滑移而使强度和抗蠕变能力下降。
4.2氧化性能
4.2.1低温抗氧化性能
在较低温度下，mosi2表现有加速氧化的趋势，特别在大约500℃左右时mosi2材料常常因剧烈氧化而成粉末状，这就是所谓的mosi2“pesting”现象。
低温氧化遵循如下反应：
mosi2+7/2o2→moo3+2sio2
反应生成针状moo3和团族状sio2，这种疏松产物对材料内部保护能力很弱。
4.2.2高温抗氧化性能
mosi2的一个很大优点是它具有很好的高温抗氧化性能，其抗氧化温度可达1700℃以上，是金属硅化物中最好的，与硅基陶瓷相当，因此特别适用于在氧化性气氛中使用。
其高温氧化遵循如下反应：mosi2+7/5o2→1/5mo5si3+7/5sio2
正是这种硅的选择性氧化在mosi2的表面自发形成一层致密sio2保护膜，使得mosi2材料具有出色的高温抗氧化性。
5. 目前mosi2发展中存在的问题及改进措施
mosi2主要存在室温脆性大，高温强度低，低温抗氧化性能差等缺点，严重限制了mosi2的应用。
因此对mosi2进行改性是十分必要的。
目前，对mosi2进行低温增韧、高温补强，并进一步改善其
低温和高温抗氧化性能的主要途径有合金化、复合化等。
目前正在研究的mosi2合金化元素大致有3个方面的目标：(1)改善mosi2低温韧性，主要有：nb、v、ta、cr和zr等元素取代mo的点阵位置，而al等元素则取代si的点阵位置；(2)改善mosi2高温力学性能，有w、re和er等元素；(3)是改善mosi2抗氧化性能，有al、y和ge等元素。
加入第二相，制备mosi2基复合材料是mosi2改性的另一个有效途径。
参考文献：
[1] fleischer r l,taub.j.met,1989,41(9):8.
[2] 山口正冶.金属间化合物[m].北京:科学出版社,1991.
[3] ito k,et al.brittle-ductile behavior of single crystals of mosi2[j]. mater sci eng,1999.。