MoSi2金属间化合物概述

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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

③原子间的结合键往往不是单一类型的键，而是混合键，即离子键、共价键、金属键、乃至分子键（范德瓦斯力）并存。但不同的化合物占主导地位的键也不同。
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
【相关文献】
1.Si3N4颗粒和纳米SiC晶须强韧化MoSi2基复合材料 [J], 柳公器;周宏明;肖来荣;易丹青;张路怀
2.MoSi2及MoSi2基复合材料制备技术的新进展 [J], 彭可;易茂中;冉丽萍
3.MoSi2基复合材料的制备及其强韧化机理 [J], 文小浩;游航;韩小云;丁小芹;张学彬;徐金富
4.Si3 N4p-SiCw/MoSi2复合材料的强韧化效果与机制 [J], 周宏明;柳公器;肖来荣;易丹青
5.ZrO2—MoSi2复合材料中ZrO2的强韧化机理 [J], 陈雪梅
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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
【相关文献】
1.无压烧结原位合成制备WSi_2/MOSi_2复合材料及其性能 [J], 侯周福;许剑光;唐果宁
2.稀土掺杂WSi_2/MoSi_2材料的合成及其性能 [J], 陈平;陈华辉;张厚安
_2O_3和WSi_2增强MoSi_2基复合材料的摩擦磨损性能研究 [J], 张厚安;陈平;颜建辉;胡小平;唐思文
4.MoSi_2和WSi_2相结构和性能的电子理论研究 [J], 周飞
5.WSi_2的价电子结构及其性能研究 [J], 彭可;易茂中;冉丽萍
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这可能是最全的，关于金属间化合物的干货内容

这可能是最全的，关于金属间化合物的干货内容金属间化合物简称为IMC，主要是指金属元素之间、金属元素与类金属元素间形成的化合物。

这种金属间化合物是一类低密度、高熔点、性质介于金属与陶瓷之间的有序结构化合物，由于其微观结构上的特点，具有许多传统材料所没有的优点。

金属间化合物作为结构材料应用，以铝化物和硅化物为基的金属间化合物，具有比模量、比强度高，抗氧化、抗腐蚀性能优异的特点，可以在更高的温度和恶劣的环境下工作。

在结构材料领域人们研究较多的是Ti-A1系、Ni-Al系和Fe-Al系金属间化合物。

Ti-A1系金属间化合物是潜在的航空航天材料，在国外已开始应用于军事领域。

Ni-A1系金属间化合物是研究较早的一类材料，研究比较深入，取得了许多成果，也有一些实际应用。

Fe-A1系金属间化合物与以上两类相比，除具有高强度、耐腐蚀等优点外，还具有低成本和低密度等优点，因此具有广泛的应用前景。

Ti-AL 金属间化合物应用作为功能材料应用的硅系金属间化合物，具有电学和磁学性能优异以及稳定性好的特点。

硅化物以MoSi2为代表，MoSi2是能用于高温环境下的关键材料，其熔点为2030℃，高温下具有优良的抗氧化性能，其抗氧化性能与机理类似于高温结构陶瓷SiC、S1，N4等。

MoSi2在室温下表现为脆性材料，在1000℃左右发生脆性一韧性转变，在此温度之上表现出类似于金属材料的韧性。

因此有着很广阔的发展前景。

MoSi2粉末结构材料应用经过多年的发展，金属间化合物分为铝化物和硅化物两种体系，铝化物包括Ti-A1系、Ni-Al系和Fe-Al系金属间化合物等。

硅化物中包括Ti-Si、Mo-Si、Ni-Si等。

硅化物具有比铝化物更高的熔点和更高的熔点和更低密度，但材料的脆性问题更加严重，因此，从应用的角度看，目前以铝化物体系为主。

金属间化合物的制备的方法，有传统的熔铸法，也可以采用传统粉末冶金的方法。

另外，近些年发展的机械合金化、反应合成等制备新技术。

MoSi2复合材料体系及其组织与性能

MoSi2复合材料体系及其组织与性能章菊萍;张玉成;余熙明;张天培;谢辉【摘要】以增强相MoSi2复合材料和MoSi2复合涂层为对象,讨论并归纳了各种MoSi2复合材料体系的制备工艺、物相成分、组织形貌、增韧补强机制、力学与抗氧化性能等关键问题,指出将SiC,Al2 O3,Mo5 Si3等作为增强相引入MoSi2基体中,基于裂纹偏转和纤维拔出等机理,可以提高材料的硬度、抗弯强度、断裂韧性.其原因在于MoSi2复合涂层在高温时生成玻璃相SiO2,填补了涂层内部孔隙,可有效阻挡氧气进入涂层内部,在材料的高温抗氧化过程中起至关重要的作用.【期刊名称】《湖北理工学院学报》【年(卷),期】2019(035)004【总页数】9页(P55-63)【关键词】MoSi2复合材料;增强相;涂层;增韧补强;抗氧化【作者】章菊萍;张玉成;余熙明;张天培;谢辉【作者单位】湖北理工学院材料科学与工程学院,湖北黄石435003;湖北理工学院材料科学与工程学院,湖北黄石435003;武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室,湖北武汉430081;武汉科技大学钢铁冶金新工艺湖北省重点实验室,湖北武汉430081;湖北理工学院材料科学与工程学院,湖北黄石435003;湖北理工学院材料科学与工程学院,湖北黄石435003;湖北理工学院材料科学与工程学院,湖北黄石435003【正文语种】中文【中图分类】TB333MoSi2的熔点高(2 030 ℃)、高温抗氧化性能良好、导电性和导热性好[1-2]。

但是由于其室温韧性低、高温抗蠕变性差[3-4]，MoSi2不宜单独使用。

因此，需要做成复合材料，以实现室温增韧、高温补强，并抑制其低温氧化“PEST”现象(灾难性氧化，即材料由块状变成粉末状)。

常规制备复合材料有2种途径：①引入增强相，如SiC，Al2O3，ZrO2，Mo5Si3，Ta，Nb等；②制备涂层，如Mo基、C/C基的MoSi2涂层，或其复合涂层。

niti2金属间化合物

niti2金属间化合物
NiTi2是一种金属间化合物，由镍（Ni）和钛（Ti）元素组成。

这种化合物通常属于过渡金属的金属间化合物范畴。

NiTi2是镍钛系列（Nickel-Titanium alloys）中的一种合金，具有一些特殊的性质，因此在一些应用中得到了关注。

以下是一些关于NiTi2金属间化合物的一般性质：
1.形状记忆性质：NiTi2具有形状记忆效应，这是指当合金经历
形状改变后，可以通过受热或施加压力等方式返回其原始形状。

这种性质使得NiTi2在一些特定应用中（如医疗器械）得到了
广泛应用。

2.高温稳定性：NiTi2在高温下具有相对较好的稳定性，这使得
它在高温环境中的一些特殊工艺中具有潜在应用价值。

3.磁性：NiTi2通常是非磁性的。

4.耐腐蚀性：NiTi2在一些特定的腐蚀环境下表现出相对较好的
耐腐蚀性。

5.弹性模量：NiTi2的弹性模量与人体组织相似，因此在生物医
学领域中，特别是用于骨科植入物等应用中，它的使用较为合
适。

这些性质使得NiTi2等金属间化合物在医疗器械、航空航天、高温工艺等领域具有一定的潜在应用。

然而，具体应用还需要考虑合金的制备工艺、具体的应力、温度等工作环境条件。

MoSi_2材料的强韧化

似于高温结构陶瓷 SiC、Si3N4 等 ,其抗氧化温度可达 1600 ℃以上 ,与 SiC等硅基陶瓷相当 ; ③ 适中的密度
其室温增韧与高温补强成为主要研究方向。本文综述了 MoSi2 及其复合材料的强韧化研究成果及工业应用 , 以期为进一步研究提供参考。
(6124 g / cm3 ) ,较低的热膨胀系数 (811 ×10- 6 K- 1 ) ,良好的电热传导性 (电阻率 2115 ×10- 6 Ω ·cm ,热传导率 25 W /m·K) ; ④具有较高的脆性转变温度 (BDTT为
2 MoSi2 材料的强韧化及应用
211 M oS i2 作为高温发热元件材料目前常用的高温发热元件有硅碳棒和硅钼棒两
种。硅碳棒是以高纯度的绿色 SiC 为主要原料 , 经 2200 ℃高温再结晶制成的非金属发热体 ,最高使用温
32
《金属热处理》2006年第 31卷第 8期
度为 1350 ℃,其电阻随使用温度和时间而变化 [3 ] 。硅元件大多在 400 ℃～1200 ℃之间使用 ,然而在 450 ℃～
碳棒主要在电磁材料、电子陶瓷、工程陶瓷、耐火材料、 550 ℃间 ,MoSi2 在氧化性气氛中会出现加速氧化即磨具等制造业 ;金属材料的热加工和粉末冶金工业 ;玻 pesting现象 ,使材料发生整体性破坏。研究表明 ,这
璃工业的熔化、精炼工序 ;石油化工、纺织、食品工业和造纸工业的烘烤工序等领域获得应用 ,是应用最广和
表 1 具有 2000 ℃以上熔点的部分硅化物结构及其性能 [ 6] Table 1 Structure and properties of the silic ides ( m elting po in t > 2000 ℃)

2 固体中的相结构

3 固溶体的微观不均匀性
（1）晶格畸变。（2）偏聚与有序：取决于同类原子和异类原子间结合力的相对大小。(EAA EBB EAB) 完全无序、偏聚、部分有序、完全有序。
图
固溶体中溶质原子分布示意图 b)偏聚 c)部分有序 d)完全有序
18
a)完全无序
固溶体中溶质的分布与同类原子（EAA、EBB）和异类原子（EAB）的结合能有关：（1）如果EAA≈EBB ≈ EAB,则溶质原子趋向无序分布；（2）如果(EAA+EBB )/2<EAB, 则溶质原子偏聚；（3）如果(EAA+EBB )/2>EAB, 则溶质原子呈部分有序或完全有序；
23
2 电子化合物（电子相）（1）形成：电子浓度起主要作用，电子浓度相同, 则具有相同晶体结构,不符合原子价规则。（教材P：48）（2）键型：金属键（金属－金属），有金属特性。（3）组成：电子浓度对应晶体结构，可用化学式表示，可形成以化合物为基的固溶体。如：NiAl、FeAl等。
二、金属间化合物(中间相)
氧化物陶瓷是典型的离子化合物。有AB，AB2，A2B3，ABO3，AB2O4等结构。
第三节陶瓷
化钠是一种立方面心格子。其中阴离子按立方最紧密方式堆积，阳离子填充于全部的八面体空隙中，阴、阳离子的配位数都为6。闪锌矿型结构，如立方ZnS，为立方晶系,ZnS是面心立方格子，阴离子位于立方面心格子的节点位置，而阳离子交错分布于立方体内的1/8 小立方体的中心。阳离子的配位数是 4，阴离子的配位数也是4。
8
一、固溶体
按溶质原子位置不同，可分为置换固溶体和间隙
固溶体。
溶质原子
溶剂原子
9
一、固溶体

先进金属结构材料-金属间化合物结构材料

σ相的结构几乎与β- U的结构相同，但由于σ相不像 Cr3Si 和 Laves 相那样有确定的化学成分，所以人们并不期望σ相具有完全的有序化。
键合特征
从键合特征这一角度和层次去理解金属间化合物的相稳定性以及一些重要的力学性能，对于有效改善材料性能和更好地进行合金设计具有重要意义。
原子配位多面
一个原子的配位多面体是以该原子为中心与围绕它的近邻原子的中心连线所构成的一个多面体。对于配位数为12的fcc和 hcp结构，有12个近邻原子组成的多面体分别是立方八面体 (Cubo - octahedron) 和孪生立方八面体 (Twinned Cubo octahedron)在空间中有多面体堆垛而成一点阵。
塑性与强度
应
B
A
力 C
形变温度
L12型化合物中的流变应力的温度依赖关系可分为三种
典型的例子有： Ni3Al 、 Al3U、Co3V、FeNi3、 FePd3。
Au
Cu
基本结构
L11(CuPt的菱方超结构)
有序化后，原面心立方的（111）面交替的被Cu及 Pt原子所占据，晶体结构发生变形由立方变成菱方。 CuPt是唯一的一个例子。
基本结构
L10（CuAu I超结构）
3 金属间化合物力学性能
金属间化合物中不同种类原子的原子间强键合和有序排列及可能由此导致的晶体结构的低对称性，使其原子和位错在高温下的可动性降低，晶体结构更加稳定，其结果金属间化合物通常具有优良的高温强度和刚度。
但是塑性形变比普通金属困难，变形能力介于金属与陶瓷之间。
塑性与脆性
因此，理论界过的不一致可以大致说明两个问题，其一是在这些金属间化合物中电荷转移数目极其微小，其二是微小程度已落在误差范围内。

复合材料概论第2章--复合材料的基体材料[研究材料]

调研学习
1
2.1 金属材料
现代科学技术的发展对材料性能的要求越来越高，特别是航天航空、军事等尖端科学技术的发展，使得单一材料难以满足实际工程的要求，这促进了金属基复合材料的迅猛发展。
调研学习
2
1
与传统金属材料相比，金属基复合材料具有较高的比强度、比刚度和耐磨性
2
3
与树脂基复合材
与陶瓷材料相
抗弯强度
度（℃）（室温三点）Mpa
密度 /g·cm-3
反应烧结SiC 1600～ 1700
159~424
3.09~3.12
热压SiC
1800～ 2000
718~760
3.19~3.2
CVD SiC涂层 1200～ 1800
重结晶SiC 1600～ 1700
烧结SiC 1950～（掺SiC－B4C ） 2100
调研学习
17
如何增强基体与增强物的相
容性？
A 对增强纤维进行表面处理改性
B 在金属基体中添加其他成分
C 选择适宜的成型方法
调研学习
18
注意：在用铁、镍作为基体时，不适宜用碳（石墨）纤维作为增强物。
因为，铁、镍元素在高温时能有效促使碳纤维石墨化，破坏了碳纤维的结构，使其丧失原有的强度，而不能提高复合材料的综合性能。
烧结SiC （掺B）
1950～ 2100
731~993 2.95~3.21
~170
2.6
~280
3.11
~540
3.1
调研学习
弹性模量 /MPa
380~420×103
440×103
480×103 206×103
－

二硅化钼及其复合材料

二硅化钼及其复合材料的制备方法概述二硅化钼（Molybdenum disilicide， MoSi2）是一种钼的硅化合物，由于两种原子的半径相差不大，电负性比较接近，所以其具有近似于金属与陶瓷的性质。

熔点高达2030℃，具有导电性，在高温下表面能形成二氧化硅钝化层以阻止进一步氧化，其外观为灰色金属色泽，源于其四方α-型晶体结构，也存在六角形但不稳定的β-改性晶体结构[3]。

不溶于大部分酸，但可溶于硝酸和氢氟酸。

一，性质MoSi2是Mo－Si二元合金系中含硅量最高的一种中间相，是成分固定的道尔顿型金属间化合物。

具有金属与陶瓷的双重特性，是一种性能优异的高温材料。

极好的高温抗氧化性，抗氧化温度高达1600℃以上，与SiC相当；有适中的密度(6 .24g/cm3)；较低的热膨胀系数(8.1×10-6K-1)；良好的电热传导性；较高的脆韧转变温度(1000℃)以下有陶瓷般的硬脆性。

在1000℃以上呈金属般的软塑性。

MoSi主要应用作发热元件、集成电路、高温抗氧化涂层及高温结构材料。

高温下电阻：在氧化气氛中，高温燃烧致密的石英玻璃（SiO2）的表面上形成保护膜层，以防止二硅化钼连续氧化。

当加热元件的温度是高于1700℃，形成SiO2保护膜，在熔点为1710℃下稠合，和SiO2融合成熔融滴。

由于其表面延伸的动作，因此失去其保护能力。

在氧化剂作用下，当元素被连续地使用，再次形成保护膜的形式。

应当提示的是由于在低温度的强氧化作用，该元素不能长时间被用于400-700℃温度环境下。

二，用途二硅化钼作为结构材料用于航空、汽车燃气涡轮机的高温部件、气体燃烧器、喷管、高温过滤器以及火花塞而成为金属间化合物结构材料研究的最新热点。

在这方面应用的最大障碍是其室温脆性大和高温强度低。

因此二硅化钼低温增韧和高温补强是其作为结构材料实用化的关键技术。

这方面的研究表明，合金化和复合化是改善二硅化钼室温韧性和高温强度的有效手段。

燃烧合成—熔铸工艺制备MoSi2—Cu复合材料的实验研究

燃烧合成—熔铸工艺制备MoSi2—Cu复合材料的实验研究组织结构分析。

实验表明，MoO3-CuO –Al-Si体系的燃烧合成反应很容易进行，合成的产物能熔化成液态，且Al2O3陶瓷能与液态的MoSi2 和Cu自动分离。

因此，采用燃烧合成-熔铸技术可以制备MoSi2-Cu复合材料，从而可实现该复合材料的原位合成和液态成形一体化。

1 电场作用下燃烧合成反应热力学模型的建立虽然当今对于燃烧合成技术的研究较多，但由于燃烧合成是一个高温、瞬时的过程，这给研究燃烧合成过程带来很大的困难，特别是有关电场激活燃烧过程的数学模型并不多见。

图1是电场诱发燃烧合成反应的物理模型。

假设一个圆柱形的反应物压坯放置在上下两个石墨电极之中，压坯的高度为h，半径为r，作用在压坯两端的电压为U，则作用在反应物压坯上的电场强度为：如图1试验中利用2个致密石墨电极通过施加电场来对反应体系进行加热。

由于电场的焦耳热效应，通电压坯被加热。

当压坯的温度达到反应物的点燃温度时，反应物压坯发生燃烧合成反应，并放出热量qc。

这样，反应中的能量控制方程为：对边界条件的处理：压坯的侧面是辐射传热，而上下面即压坯与石墨接触的部分保证接触良好，在结合面上无缝隙，但当有温度差有热流通过界面时，在交接面上将出现明显的温度跃变。

因此，可以认为在交接面上有热阻，其形式与对流换热边界条件一致。

这样式（2）可以变为：2 燃烧合成-熔铸工艺制备MoSi2-Cu复合材料的研究2.1 实验条件和方法在不影响Cu的导电性的前提下，为了进一步提高其硬度、强度和抗熔化性，以满足现代电工产品对触头材料更高的要求，以MoO3 、CuO、Al和Si粉为原材料，探讨用燃烧合成-熔铸技术制备MoSi2-Cu原位复合材料的可能性。

实验用的原材料为市售的分析纯三氧化钼粉末、铝粉、硅粉和氧化铜粉，其特性见表1。

按下式合成MoSi2-Cu原位复合材料：MoO3 + 3CuO + 4Al +2 Si = MoSi2 + 3Cu + 2Al2O3设计合成的MoSi2-Cu复合材料中Cu的质量百分含量分别为50%，60%和70%，以研究Cu含量对体系SHS过程及合成材料组织的影响。

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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.。