Nb/Nb5Si3微疊層復(fù)合材料制備與其組織結(jié)構(gòu)

黃光宏， 申造宇， 牟仁德， 何利民， 常振東

(北京航空材料研究院，北京100095)

隨著航空航天工業(yè)的發(fā)展，對(duì)高溫結(jié)構(gòu)材料的使用溫度及高溫性能的要求也越來(lái)越高。低密度、高塑性、耐高溫、抗腐蝕的高溫結(jié)構(gòu)材料已成為各國(guó)研究的熱點(diǎn)［1～3］。金屬間化合物作為一種潛在的高溫結(jié)構(gòu)材料備受關(guān)注［4，5］，其本身固有的共價(jià)鍵和金屬鍵雙重特性使其具有高的高溫下的比強(qiáng)度，同時(shí)也決定了部分金屬間化合物如TiAl，Ti3Al 和Nb5Si3等有比較嚴(yán)重的室溫脆性及較低的斷裂強(qiáng)度［6，7］?，F(xiàn)今主要通過(guò)相結(jié)構(gòu)控制及合金化的方法，使單相金屬間化合物轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)相合金以得到強(qiáng)度與韌性的最佳配合。其中，具有特殊多界面結(jié)構(gòu)、綜合性能遠(yuǎn)高于各組分的微疊層材料的構(gòu)建受到越來(lái)越多的關(guān)注［8～10］。按照微疊層材料的特性，可以概括為四種類型:金屬-金屬間化合物型、金屬-金屬型、陶瓷-陶瓷型和金屬-陶瓷型。在眾多的新型微疊層材料中，金屬-金屬間化合物型因其優(yōu)異的性能受到普遍的研究［11］。其中，Nb-Si 系化合物以其極高的熔點(diǎn)(高于1750℃)、低密度(6.6 ～7.2 g·cm－3)以及較好的高溫強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，有望在1200 ～1500℃之間或更高溫度下使用，被認(rèn)為是最具潛力的高溫結(jié)構(gòu)材料［12～14］。其中 最 具 代 表 性 的 為Nb5Si3，熔 點(diǎn) 為2480℃、密度為7.16 g·cm－3。同時(shí)，該化合物還具有良好的抗氧化性能和導(dǎo)電性能。但是單一Nb5Si3的室溫脆性和可加工性差兩大問(wèn)題阻礙了Nb-Si 系金屬間化合物的實(shí)際應(yīng)用［15］。而Nb 具有較好的韌性，熱膨脹系數(shù)(7. 3 ×10－6K－1)與Nb5Si3(熱膨脹系數(shù)為6.1 ×10－6K－1)的相近。Nb和Nb5Si3在室溫至1770℃的較大溫度范圍內(nèi)能穩(wěn)定共存，兩相之間具有良好的界面相容性和熱力學(xué)穩(wěn)定性?！?br>