12034-80-9/硅化鈮在材料方面的應(yīng)用

背景及概述^[1][2]

鈮(Nb)是一種高熔點(diǎn)(2468℃)的難熔金屬，密度適中，耐腐蝕，抗輻射，同時(shí)高溫強(qiáng)度大，具有良好的高溫機(jī)械性能。鈮與鈮合金的優(yōu)良特性使其成為航空、航天與核工業(yè)中高溫結(jié)構(gòu)件的重要候選材料之一，可用來制造火箭發(fā)動機(jī)、核反應(yīng)堆等關(guān)鍵部件。然而，其氧化性能較差，純鈮在600℃就發(fā)生“pest”氧化現(xiàn)象，且隨著溫度的升高，氧化程度加劇，最終導(dǎo)致其高溫性能的失效，這一缺點(diǎn)嚴(yán)重制約了鈮與鈮合金的應(yīng)用。為了改善其高溫抗氧化性能，表面涂層保護(hù)是兼顧鈮與鈮合金高溫力學(xué)性能與抗氧化性能切實(shí)有效的途徑。硅化鈮(NbSi2)氧化時(shí)表面能夠形成SiO2氧化膜，該氧化膜致密且具備自愈合能力，具有良好的高溫抗氧化能力，從而使得NbSi2成為鈮與鈮合金高溫防護(hù)涂層的主要選擇。

應(yīng)用^[2-6]

1. 合成鈮/硅化鈮復(fù)合材料. Nb/ Si 二元合金基復(fù)合材料是一種很有前途的高溫結(jié)構(gòu)材料，在這種雙相復(fù)合材料之中固溶鈮提供室溫韌性而Nb5Si3 提供高溫強(qiáng)度，這種復(fù)合材料在高溫下具有高度的熱力學(xué)穩(wěn)定性和顯微組織穩(wěn)定性。日本超高溫材料研究所等單位研究了利用球磨粉末的反應(yīng)熱壓法制取鈮/硅化鈮復(fù)合材料，并研究評價(jià)其顯微組織和力學(xué)性能。在本研究中，球磨過程是作為一種預(yù)處理方法，用來提高隨后的反應(yīng)燒結(jié)效果。用來實(shí)驗(yàn)研究的粉末采用了元素鈮粉(純度99.9 %，粒度<325 目)，半導(dǎo)體級硅(粒度<300 目)，按照Nb-3.5 %Si 、Nb-6 %Si、Nb-10 %Si 和Nb-16%Si(均為mo l 百分比)組成比配合后，在行星式球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，磨球(直徑10mm 的不銹鋼球)與混合粉末之重量比約為4∶1。球磨一定時(shí)間(1～110h)后的粉末，在石墨模中進(jìn)行熱壓真空燒結(jié)(于40MPa 、1773K 燒結(jié)3h)。熱壓塊經(jīng)過退火后研究顯微組織和力學(xué)性能的變化。

2.制備一種陶瓷鋁板。包括以下重量份數(shù)配比的原料：粘土800-1000份、鋁50-100份、碳20-30份、鎢5-8份、鈦3-5份、鎳8-10份、硅化鈮10-15份、硼化鉬15-20份、碳化鈦5-10份、氮化鈦2-5份、鉬5-8份、鋯英砂10-20份、玻璃纖維10-15份和水500-1000份。該陶瓷鋁板通過碳、鎢、鈦、鎳、硅化鈮和硼化鉬的添加，使陶瓷鋁板的耐熱性更好，而且還添加了碳化鈦、氮化鈦、鉬、鋯英砂和玻璃纖維，使陶瓷鋁板的硬度更高，不僅能夠更加有效的防止陶瓷鋁板因?yàn)榭呐龆扑?，而且使陶瓷鋁板能經(jīng)受更高的溫度，不會在使用的過程中因?yàn)楦邷囟鴵p壞，增加了陶瓷鋁板的應(yīng)用范圍，減少了陶瓷鋁板的使用成本。

3. 制備一種韌性良好的氧化鋁陶瓷材料。由以下按照重量份的原料組成：氧化鋁95-97份、輕質(zhì)碳酸鈣1-2份、高嶺土1.5-3.2份、勃姆石0.7-1.8份、氮化鋯0.5-0.9份、鉻粉0.8-1.4份、硅化鈮0.3-0.6份。本發(fā)明還提供了所述韌性良好的氧化鋁陶瓷材料的制備方法。制備的韌性良好的氧化鋁陶瓷材料，具有良好的韌性和抗熱沖擊性能，并且生產(chǎn)成本低，有利于氧化鋁陶瓷材料進(jìn)一步擴(kuò)展其應(yīng)用范圍，具有廣闊的市場前景。

4. 制備一種硅鍺合金基熱電元件。所述硅鍺合金基熱電元件由電極層、硅鍺合金基熱電層以及位于電極層和硅鍺合金基熱電層之間的阻擋層組成，所述阻擋層為硅化物與氮化硅的混合物，所述硅化物為硅化鉬、硅化鎢、硅化鈷、硅化鎳、硅化鈮、硅化鋯、硅化鉭、硅化鉿中的至少一種。本發(fā)明提供的硅鍺合金基熱電元件中各界面結(jié)合良好，界面處未見裂紋與明顯的擴(kuò)散現(xiàn)象存在，接觸電阻小，熱接觸狀態(tài)好，且能夠經(jīng)受長時(shí)間的高溫加速試驗(yàn)。另外，提供的制備方法具有工藝簡單、可靠性高、成本低、無需特殊設(shè)備、適合規(guī)?；a(chǎn)等特點(diǎn)。

主要參考資料

[1] CN201710792127.5一種在鈮或鈮合金表面制備硅化鈮涂層的方法

[2] 曉敏. 球磨粉末反應(yīng)熱壓法合成鈮/硅化鈮復(fù)合材料[J]. 金屬功能材料, 2000, 5: 040.

[3] CN201710903764.5一種陶瓷鋁板及其制備方法

[4] [CN201610124327.9一種韌性良好的氧化鋁陶瓷材料及其制備方法

[5] CN201310266781.4一種硬質(zhì)合金拉刀

[6] CN201610209315.6一種硅鍺合金基熱電元件及其制備方法