改善Nb-Nb5Si3高溫抗氧化性能的研究.pdf

1、Nb/Nb5Si3原位復合材料因其具有高熔點、高剛度、低密度以及極高的高溫強度被認為是最具開發前景的高溫結構材料。但是Nb/Nb5Si3原位復合材料的高溫抗氧化性能極差，阻礙了它作為高溫結構材料而被廣泛應用，因此本課題的目的就是研究改善Nb/Nb5Si3原位復合材料的高溫抗氧化性能。
　　本文以Nb、Si元素粉末為原料，采用SPS放電等離子方法制備Nb/Nb5Si3原位復合材料。采用循環氧化實驗計算材料的氧化速率，利用光學顯微鏡（

2、OM）、掃描電鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）和電子探針微區分析（EPMA）等手段分析了材料氧化膜的組織結構。著重研究了合金元素對Nb/Nb5Si3原位復合材料的抗高溫氧化性能的影響并探討了材料的抗高溫氧化機理。
　　通過研究，取得了如下成果：
　　1、加入合金元素Al能有效提高Nb/Nb5Si3原位復合材料的抗高溫氧化性能。在800℃下氧化時，隨著其加入量的增加，Nb/Nb5Si3復合材料的氧化速率迅速減小，當Al含量達

3、到15at％時氧化速率僅為基體復合材料的1/11。合金元素Al的加入在其氧化膜中增加了 Al2O3氧化產物，Al2O3氧化產物可以形成致密的氧化膜，從而可以大大提高復合材料的抗高溫氧化能力。
　　2、加入合金元素Ti也能改善Nb/Nb5Si3原位復合材料的抗高溫氧化性能，在800℃下氧化時，隨著Ti加入量的增加，Nb/Nb5Si3復合材料的氧化速率不斷減小，當Ti加入量達到24at%時氧化速率僅為基體復合材料的1/6.5。Ti元素

4、的加入使其氧化膜中增加了 TiO2和Ti2Nb10O29等氧化產物，這些氧化產物顆粒排列緊密能形成保護性氧化膜，從而可以提高其抗高溫氧化能力。
　　3、合金元素Cr會顯著影響Nb/Nb5Si3原位復合材料的抗高溫氧化性能，在800℃和1100℃下氧化時，隨著Cr加入量的增加，Nb/Nb5Si3復合材料的氧化速率都是先減小，當加入量達到3at%時氧化速率最小，然后隨著加入量的增加，氧化速率又開始迅速升高，當加入量為5at%時反而使復

5、合材料的抗高溫氧化性能降低。
　　4、合金元素W會影響Nb/Nb5Si3原位復合材料的抗高溫氧化性能，在800℃下氧化時，隨著W加入量的增加，Nb/Nb5Si3復合材料的氧化速率先增大，然后減小，加入量為8%時抗氧化性能最好；而在1100℃下氧化時，隨著 W加入量的增加，Nb/Nb5Si3復合材料的氧化速率都是先減小，然后增大，加入量為5%時抗氧化性能最好。
　　5、合金元素 Y2O3會影響 Nb/Nb5Si3原位復合材料的

6、抗高溫氧化性能，在800℃下氧化時，隨著 Y2O3加入量的增加，Nb/Nb5Si3復合材料的氧化速率逐漸減小，加入量為2wt%時，鈮硅復合材料的氧化速率最??；而在1100℃下氧化時，隨著Y2O3加入量的增加，Nb/Nb5Si3復合材料氧化速率先增加后減小，加入量為2wt%時復合材料的氧化速率最小。
　　6、在800℃下氧化時Cr是影響復合材料的高溫抗氧化性能的主要影響因素，然后依次是W、Y2O3、Ti?？寡趸阅茏詈玫暮辖鸹桨笧?/p>

7、：22at%Ti、3at%Cr、8at%W、2wt%Y2O3。在1100℃下氧化時 Cr仍是影響復合材料的高溫抗氧化性能的影響主要因素，然后依次是 Y2O3、Ti、W?？寡趸阅茏詈玫暮辖鸹桨笧椋?0at%Ti、3at%Cr、5at%W、2wt%Y2O3。
　　7、在Nb/Nb5Si3原位復合材料中添加Al、Ti、Cr元素能得致密的、較完整的氧化膜，并且這三種元素都能與氧相互作用增加復合材料中與氧發生反應的溶質數，從而削落 Nb