矽化鉬複合材料的製作方法

2023-05-20 11:39:46

專利名稱：矽化鉬複合材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種矽化鉬複合材料，其中由Cr取代Mo的一部分，從而形成了矽化物 MO1^xCrxSi20
背景技術：
矽化鉬基的材料由於高溫應用而為人熟知，所述高溫應用例如用於熔爐以及用於在渦輪機及發動機中的部件。這種材料典型地在高溫情況下、例如在900°C以上的情況下具有良好的機械性能，並具有良好的抗氧化和抗腐蝕性能。抗氧化和抗腐蝕性能歸於保護性氧化層的形成。然而，和大多數金屬間材料一樣，矽化鉬基的材料在較低溫度下、例如在室溫下典型地具有低延展性和低斷裂韌度。為了提高特別是在室溫下的性能，對多種包括MoSi2和例如SiC、A103和&02的複合材料給予了許多關注。還研究了包括顆粒或晶須的增強材料。例如，US5，640，666公開了一種利用SiC增強的二矽化鉬基材料。US6, 482，759公開了一種複合材料，所述複合材料由MoSi2和5_30體積％的&02 組成。該文件討論了與獨體(monolithical)矽化鉬相比，&02的加入如何提高了機械性能，但同時降低了耐腐蝕性。加入8-12體積％的MoB被證實改進了保護性氧化層的形成， 且由此可能提高抗氧化和耐腐蝕性。在燒結期間，通過保持低氧含量，抑制了 &Si04的形成。已知&3丨04降低最終產品的強度。這種效果被認為和&3丨04在&02顆粒上的形成層有關。MoSi2與金屬例如V、Ti、Nb、Ta和Al合金化，目的是改善在高溫和低溫下的機械性能°在 Y. Umakoshi 等人的"Yield Stress and Dislocation Structure of MoSi2 and (Mo, Cr)Si2 Single Crystals" ( "High Temperature Aluminides and Intermetallies，，會議文集,礦物、金屬與材料學會(The Mineral, Metals & Materials Society), 1990)中， 研究了在MoSi2單晶中加入鉻。充分研究了合金(Motli^Craci3)Si2tj表現出提高的延展性， 然而據說效果較小。指出Cr可溶於MoSi2中，最高至0.08原子％ ((M0a9^Cratl8)Si2K在 Ε. Strom等人的"Low temperature oxidation of Cr-alloyed MoSi2」(中國有色金屬學會會報(Transaction of Nonferrous Metals Society of China)，2007 :17 (6)，1282-1286) 中，研究了合金(Moa9tl, Crai(1)Sidn (Μοα85，Cra 15) Si2在低溫下即450°C以下的氧化性能。 反映在溫度範圍的選擇上的研究的目的是有害物的控制(pesting control) 0應當指出Cr 通常被認為是一種對於高溫應用(1100°C以上)而言由於汽化而有問題的添加劑，特別是在極低水平溼氣存在的情況下。儘管令人感興趣的研究結果已經表明這些新型材料能否適合於工業生產和/或使用值得質疑。例如，包括晶須的複合材料是昂貴的；長時間的穩定性和/或重現性在許多情況下已經成為問題。事實上上述大部分報導過的複合材料在實際中並未展示出比市售的獨體二矽化鉬材料、例如KANTHAL SUPER 更好的性能。

發明內容
本發明的目的是提供一種矽化鉬基的材料，所述矽化鉬基材料在高溫下具有好的抗氧化和耐腐蝕性，且在高溫和室溫下均具有良好的機械性能。另外，這種材料需要能夠以合理的成本生產，即組分的成本以及生產的成本應該比得上如今市售的相關產品。通過如權利要求1限定的複合材料及如權利要求6限定的加熱元件解決上述問題。本發明提供一種複合材料，所述複合材料基於包括鉬的二矽化物和二氧化鋯 ZrO2。上述複合材料包括10-20體積％的&02，平衡量為(McvxCrx) Si2的。在二矽化物(McvxCrx)Si2中，由鉻Cr取代了鉬的一部分χ，χ的範圍是0. 08 < χ彡0. 15，優選 0. 10 < χ < 0. 12。複合材料可選地包含鎢W和/或錸Re。根據本發明的加熱元件包括由本發明的複合材料製造的至少一部分。加熱元件可容易地生產成多種形狀和尺寸，以及有利地取代現有的加熱器元件。合適的應用包括但不局限於用來加熱至900°c以上的加熱裝置。歸功於本發明的複合材料，提供了一種材料，用於高溫應用，且具有高抗氧化和耐腐蝕性，並具有良好的和可重現的機械性能。複合材料的更進一步的優點是小顆粒可在生產中使用。從屬權利要求限定了本發明的實施方式。當本發明的下述詳細說明結合附圖和權利要求一同考慮時，本發明的其它目的、優點和新穎特徵將會是顯而易見的。


本發明將會根據附圖詳細描述，其中圖Ia-Ib是示出重量增加作為在1400°C下的暴露時間的函數的圖。
具體實施例方式根據本發明的材料是一種二矽化鉬MoSi2和二氧化鋯&02的複合材料，其中由鉻 Cr取代了鉬的一部分。複合材料包括10-20體積％的&02，平衡量為(McvxCrx) Si2。Cr的範圍應該是0. 08 < χ < 0. 15，優選0. 10 < χ < 0. 12。應當注意到，發現的改善複合材料的抗氧化性以及機械性能的Cr的範圍在χ = 0. 08之上，這被認為可溶於MoSi2中的Cr的上限量。根據本發明的複合材料可利用例如在US6，482，759中描述的現有技術的粉末技術中已知的方法和設備來生產。製造方法包括混合組分、形成坯體和燒結的步驟。關於機械性能的可重現性使得利用無壓力燒結成為可能。作為選擇，也可以使用熱等靜壓HIP。製備了許多具有不同Cr和&02含量的樣品，並與不含Cr但含有&02的參考樣品、以及純的MoSi2的參考樣品進行比較。表1總結了用於研究中的樣品。
權利要求
1.一種複合材料，包括二矽化鉬和二氧化鋯，其特徵在於，根據(McvxCrx)Si2由鉻取代鉬的一部分，其中0. 08 < χ < 0. 15，並且所述複合材料包括10-20體積％的的&02，平衡量為(McvxCrx) Si2。
2.根據權利要求1的複合材料，其中χ在0.10^x^0.12的範圍內。
3.根據權利要求1-2中的任一項的複合材料，其中，所述複合材料還包括3-10體積％ 的 SiC。
4.根據權利要求1-3中的任一項的複合材料，其中，在所述複合材料的製造中使用不穩定ZrO2O
5.根據權利要求1-4中的任一項的複合材料，其中，在所述二矽化鉬中的鉬部分地由鎢和/或Re取代。
6.加熱元件，其特徵在於，所述加熱元件的至少一部分包括根據權利要求1-5中的任一項所述的複合材料。
全文摘要
本發明涉及一種基於包括鉬的二矽化物和二氧化鋯ZrO2的複合材料。在所述二矽化物(Mo1-xCrx)Si2中，由鉻Cr取代了鉬的一部分x，0.08＜x≤0.15。所述複合材料包括10-20體積％的ZrO2，平衡量為(Mo1-xCrx)Si2。
文檔編號C04B35/58GK102203032SQ200980142042
公開日2011年9月28日 申請日期2009年10月21日 優先權日2008年10月22日
發明者埃裡克·斯特倫, 馬茨·松德貝裡 申請人:山特維克智慧財產權股份有限公司