一種制備多孔鉬硅硼三相合金的方法
【專利摘要】一種制備多孔鉬硅硼三相合金的方法，屬于難熔金屬多孔材料制備【技術領域】。使用商用Mo粉、Si粉、B粉，按所需要的三種相的體積百分比配料，加入無水乙醇，使用全方位行星式球磨機混料12～36h，混合均勻的Mo-Si-B元素粉末中添加石蠟汽油成形劑，石蠟汽油成形劑含量占Mo-Si-B元素粉末和石蠟汽油成形劑總量的5～13wt.％，經(jīng)冷壓成型后置于高溫氣氛燒結爐在氬氣氣氛保護下常壓燒結制備多孔Mo5SiB2-Mo3Si-Mo5Si3三相合金。其優(yōu)點在于該多孔材料的耐腐蝕性優(yōu)于金屬多孔材料，韌性優(yōu)于陶瓷多孔材料，并且Mo5SiB2、Mo3Si、Mo5Si3三相的原位合成與孔隙的產(chǎn)生是一步完成的，該工藝流程簡單，經(jīng)濟性良好。
【專利說明】一種制備多孔鉬硅硼三相合金的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于難熔金屬多孔材料制備【技術領域】，主要涉及高熔點、難熔金屬間化合物鑰硅硼多孔材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]多孔材料是包含大量孔隙的材料，與致密材料不同，其具有密度低，比表面積大，比力學性能高和阻尼性能好等特點，是一種具有巨大應用潛力的功能結構材料。目前多孔材料已廣泛應用于航空航天、石油化工、原子能、環(huán)保、醫(yī)療、冶金、建筑和電化學等諸多領域，在國民經(jīng)濟中發(fā)揮著日益顯著的作用(劉培生.多孔材料引論[M].北京:清華大學出版社，2004.)。
[0003]目前在過濾、凈化、催化領域使用最廣泛的多孔材料是多孔陶瓷與多孔金屬材料，多孔金屬材料的力學性能、導熱性、導電性和抗熱震性能很好，但腐蝕抗力和高溫氧化抗力不足。多孔陶瓷材料的腐蝕抗力、高溫氧化抗力、耐熱性、耐磨性優(yōu)異，但其脆性大，韌性、延展性差并且抗熱震性差。多孔陶瓷和多孔金屬各自的不足限制了其作為高溫過濾、凈化、催化材料的應用，因此很有必要開發(fā)能結合多孔陶瓷和多孔金屬優(yōu)點的新一代過濾、凈化、催化用多孔材料。
[0004]Mo-S1-B系金屬間化合物具有介于金屬與陶瓷之間的化學性質，其中的Mo5SiB2-Mo3S1-Mo5Si3三相合金具有高溫強度高、蠕變抗力好、韌性和抗熱震性優(yōu)于陶瓷、耐腐蝕性能和抗氧化性能優(yōu)于金屬(與陶瓷相當)的突出優(yōu)點(Lemberg J A, RitchieR0.Mo-S1-B Alloys for Ultrahigh-Temperature Structural Applications[J].AdvancedMaterials, 2012, 24(26):3445-3480.)，是多孔材料的優(yōu)良選材。目前尚無制備多孔Mo-S1-B合金的相關報道。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種原位合成制備Mo5SiB2-Mo3S1-Mo5Si3三相合金多孔材料的方法。制備得到的Mo-S1-B多孔材料的抗腐蝕能力優(yōu)于金屬多孔材料，與陶瓷多孔材料相當，且韌性優(yōu)于陶瓷，適于用作過濾、凈化、催化用多孔材料；并且Mo5SiB2、Mo3Si, Mo5Si3三相的原位合成與孔隙的產(chǎn)生是一步完成的，此法工藝流程簡單，經(jīng)濟性好。
[0006]一種制備多孔鑰硅硼三相合金的方法，采用原位合成工藝，使用高溫氣氛燒結爐在氬氣氣氛保護下常壓燒結制備得到Mo-S1-B多孔材料。Mo-S1-B多孔合金中三種相的體積百分比含量范圍為:0.4% -99.8% Mo5SiB2,0.1% -99% Mo3Si,0.1% -99% Mo5Si3O (三種相的體積百分比范圍滿足Mo5SiB2+Mo3Si+Mo5Si3 = 100% )?使用商用Mo粉(2~150 μ m，≥ 99.9wt.% )、Si 粉(2 ~150 μ m，≥ 99.9wt.% )、B 粉(2 ~150 μ m，≥ 99.9wt.% )，將配制的混合粉末加入無水乙醇后混料并干燥，在干燥后的粉末中添加石蠟汽油成形劑，冷壓成型，粉末壓坯通過常壓燒結制備出多孔材料，其具體工藝流程如下:
[0007](I)按所需的Mo5SiB2-Mo3S1-Mo5Si3三種相的體積百分比含量，計算出Mo粉、Si粉、B粉的重量百分比，配制出所需的混合粉末，添加適量無水乙醇，置于全方位行星式球磨機中混料12~36h，然后在真空干燥箱中于30-80°C干燥4~8h。
[0008](2)在干燥后的粉末中添加石蠟汽油成形劑(石蠟含量為20wt.% )，石蠟汽油成形劑含量占Mo-S1-B元素粉末和石蠟汽油成形劑總量的5~13wt.%，然后冷壓成型。壓制好的生坯置于高溫氣氛燒結爐中常壓燒結，燒結氣氛為氬氣。燒結工藝為:以5~10°C/min從室溫升至300~400°C，保溫I~2h，再以5~20°C /min升至1500~1650°C，保溫I~3h,然后爐冷至室溫。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點是Mo-S1-B多孔材料的抗腐蝕能力優(yōu)于金屬多孔材料，韌性優(yōu)于陶瓷多孔材料。另外，通過調整燒結溫度和Si粉粒度，可以控制多孔材料的孔結構和孔徑大小，由于合金中的Mo5SiB2、Mo3S1、Mo5Si3三種相是原位生成，故相分布均勻、界面潔凈、結合性好，保證了多孔Mo-S1-B合金的優(yōu)異性能，而且材料的原位合成和孔隙的產(chǎn)生是同時完成的，工藝流程簡單，經(jīng)濟性良好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1 為 32.37vol%Mo5SiB 2-4.5vol % Mo3S1-63.13vol % Mo5Si3 多孔材料(1600。。，2h)的XRD譜線；
[0011]圖2 為 32.37vol%Mo5SiB2-4.5vol % Mo3S1-63.13vol % Mo5Si3 多孔材料(1600。。，2h, 6 μ m娃粉)的掃描電鏡形貌；
[0012]圖3 為 32.37vol%Mo5SiB2-4.5vol % Mo3S1-63.13vol % Mo5Si3 多孔材料(1600。。，2h,6ym娃粉)的孔徑分布圖；
[0013]圖4 為 32.37vol%Mo5SiB2-4.5vol % Mo3S1-63.13vol % Mo5Si3 多孔材料(1600。。，21ι，6μπι硅粉)的室溫壓縮真應力-應變曲線；
[0014]圖5 為 32.37vol%Mo5SiB2-4.5vol % Mo3S1-63.13vol % Mo5Si3 多孔材料(1600。。，2h, 75 μ m娃粉)的掃描電鏡形貌；
[0015]圖6 為 32.37vol%Mo5SiB2-4.5vol % Mo3S1-63.13vol % Mo5Si3 多孔材料(1600。。，21ι,75μηι娃粉)的孔徑分布圖。
【具體實施方式】
[0016]實施例1:
[0017]按物相體積比32.37vol % Mo5SiB2_4.5vol % Mo3Si_63.13vol % Mo5Si3 配制出所需混合粉末，使用商用的Mo粉(4ym，99.9wt.% )、Si粉(6 μ m，99.999wt.% )、B粉(3.96 μ m,99.99wt.% ),加入無水乙醇作為混料介質，置于全方位行星式球磨機中混料24h，然后在真空干燥箱中于50°C干燥6h，干燥后的粉末中添加石蠟汽油成形劑(石蠟含量為20wt.% )，石蠟汽油成形劑含量占Mo-S1-B元素粉末和石蠟汽油成形劑總量的9wt.%,稱取適量混合粉末，冷壓成Φ 13mm圓柱壓坯。壓坯置于高溫氣氛燒結爐中在氬氣氣氛下以50C /min從室溫升至350°C，保溫lh，再以10°C /min升至1600°C，保溫2h，然后爐冷至室溫，得到了 Φ13Χ7πιπι的圓柱形試樣。其XRD圖譜如圖1所示，可以看出，反應燒結制備的材料是所期望的三相合金，沒有其他物相的衍射峰存在。排水法測得其孔隙率為44.48%,開孔隙率為33.81%。圖2為樣品的掃描電鏡二次電子形貌，可以看出孔隙骨架光滑，孔隙完全連通。圖3為壓汞儀測得的孔徑分布曲線，孔徑分布主要集中在I~3 μ m，最可幾孔徑為2.2 μ m。利用壓汞儀同時也測得其比表面積為0.216m2/g。圖4為室溫壓縮真應力-應變曲線，其室溫抗壓強度為330MPa。
[0018]實施例2:
[0019]按物相體積比32.37vol % Mo5SiB2_4.5vol % Mo3Si_63.13vol % Mo5Si3 配制出所需混合粉末，使用商用的Mo粉(4 μ m, 99.9wt.% )、Si粉(75 μ m, 99.999wt.% )、B粉(3.96 μ m,99.99wt.% ),加入無水乙醇作為混料介質，置于全方位行星式球磨機中混料24h，然后在真空干燥箱中于50°C干燥6h，干燥后的粉末中添加石蠟汽油成形劑(石蠟含量為20wt.% )，石蠟汽油成形劑含量占Mo-S1-B元素粉末和石蠟汽油成形劑總量的9wt.%,稱取適量混合粉末，冷壓成Φ 13mm圓柱壓坯。壓坯置于高溫氣氛燒結爐中在氬氣氣氛下以50C /min從室溫升至350°C，保溫lh，再以10°C /min升至1600°C，保溫2h，然后爐冷至室溫，得到了 Φ13Χ7πιπι的圓柱形試樣。排水法測得其孔隙率為48.33%，開孔隙率為36.98%。圖5為樣品的掃描電鏡二次電子形貌，其孔隙孔徑大于使用6 μ m硅粉制備的多孔材料。圖6為壓汞儀測得 的孔徑分布曲線，孔徑分布主要集中在I~7 μ m，最可幾孔徑為3.5 μ m。壓汞儀同時也測得其比表面積為0.188m2/g。其室溫抗壓強度為143MPa。
【權利要求】
1.一種制備多孔鑰硅硼三相合金的方法，其特征在于采用原位合成工藝，使用高溫氣氛燒結爐在氬氣氣氛保護下常壓燒結制備M0-S1-B多孔材料，Mo-S1-B多孔合金中三種相的體積百分比含量范圍為:0.4% -99.8% Mo5SiB2,0.1 % -99% Mo3Si, 0.1% -99% Mo5Si3 ；三種相的體積百分比范圍滿足Mo5SiB2+Mo3Si+Mo5Si3 = 100% ;其制備工藝是:原料采用Mo粉、Si粉、B粉，按所需要的三種相的體積百分比計算元素粉末重量含量，配制出所需的混合粉末，添加無水乙醇，置于全方位行星式球磨機中混料12~36h后在真空干燥箱中于30-80°C干燥4~8h，干燥后的混合粉末中添加石蠟汽油成形劑(石蠟含量為20wt.%)，石蠟汽油成形劑含量占Mo-S1-B元素粉末和石蠟汽油成形劑總量的5~13wt.%，經(jīng)冷壓成型后置于高溫氣氛燒結爐中在氬氣氣氛下常壓燒結，以5~10°C /min從室溫升至300~400°C，保溫1~2h，再以5~20°C /min升至1500~1650°C，保溫1~3h，然后爐冷至室溫。
2.根據(jù)權利要求1所述一種制備多孔鑰硅硼三相合金的方法，其特征在于原料使用商用 2 ~150 μ m，≥ 99.9wt.% Mo 粉、2 ~150 μ m，≥ 99.9wt.% Si 粉、2 ~150um，≥ 99.9wt.% B 粉。
【文檔編號】C22C1/08GK103938010SQ201410165581
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月23日 優(yōu)先權日:2014年4月23日
【發(fā)明者】張來啟, 王礞, 高強, 王亞東, 林均品, 梁永鋒 申請人:北京科技大學