内嵌式碳纳米管/二硅化钼复合材料的制备与强韧化机制

MoSi2的强韧化问题是国际材料科学工作者一直关注的前沿热点问题和难点问题。本项目根据该材料的高温应用背景，密切结合溶胶-凝胶制备纳米MoO3薄膜、修饰后的碳纳米管对Mo的吸附作用以及高温自蔓延合成MoSi2过程中液Si与固Mo间的扩散与反应机理等特点，率先提出内嵌式碳纳米管/MoSi2复合材料的设计思想；深入分析凝胶与还原工艺参数对CNTs存在形态的影响规律，揭示CNTs/Mo复合纳米粉末的形成机理，获取内嵌式碳纳米管/MoSi2复合材料的制备方法，考察该复合材料的高（室）温力学性能、氧化性能和微观结构随CNTs含量的演变规律，探索材料性能与结构/尺度间的构性关系，阐明CNTs/MoSi2复合材料的氧化机理和强韧化机制，为开发高性能MoSi2基高温结构材料提供理论支持，具有重要的理论意义。

二硅化钼（MoSi2）作为极有潜力和吸引力的高温结构材料面临着室温脆性大和高温强度不足等难题，如何有效强韧化该材料成为亟待解决的热点问题。本项目提出“内嵌式碳纳米管/MoSi2 复合材料”的设计思想，采用溶胶凝胶结合氢还原法制备CNTs/Mo纳米复合粉末，通过自蔓延合成CNTs/MoSi2复合粉末，再真空烧结制备了CNTs/MoSi2复合材料。本项目考察了还原温度和时间对CNTs/Mo复合粉末组织形貌的影响，揭示了其形成机理；探讨了烧结温度和CNTs添加量对CNTs/MoSi2复合材料力学性能和组织形貌的影响规律，阐明了其强韧化机制；建立了MoSi2在673～873K的氧化动力模型，考察了CNTs添加量对CNTs/MoSi2复合材料低/高温氧化性能的影响，揭示了其氧化机理。同时，针对MoSi2在高温防护涂层方面的应用潜力，以金属钼为基体，采用包埋法制备了四种体系（Mo-Si系、Mo-N-Si系、Mo-C-N-Si系和Mo-Cr-N-Si系）的MoSi2基硅化物涂层，对硅化物涂层的组织形貌和氧化过程的组织演变进行了研究，阐明了其氧化机理。本项目为开发高性能MoSi2 基高温结构材料提供了强韧化理论支持，也为MoSi2基高温抗氧化涂层的应用积累了基础数据，具有重要的理论意义和应用价值。