新型的两步SHS-SPS技术制备Mo(Al,Si)2的微观结构及其抗氧化性能
随着航空航天工业的快速发展，对结构材料性能的需求不断增加，优秀的高温结构材料必须具备良好的耐氧化性、良好的化学稳定性以及高强度，以承受极端环境。MoSi2是一种适用于高温结构应用的有吸引力的材料，MoSi2在高温含氧环境中，表面会形成致密的连续SiO2玻璃氧化层，然而，SiO2氧化层相对脆弱，容易受到机械应力和热膨胀引起的应力影响，这可能导致氧化层局部损伤，暴露出更多的MoSi2相于空气，从而加速氧化过程，缩短材料的使用寿命。因此，迫切需要加强SiO2氧化层以防止其破裂，以延长MoSi2在高温下的使用寿命，并提高其在高温应用中的可靠性。
Mo-Si-Al金属间化合物被证明是最有前途的高温氧化应用材料。通过部分用Al替代Si，可以通过原位置换反应形成保护性铝氧化物层，从而提高MoSi2的氧化抵抗性。Mo(Si,Al)2生成的Al2O3氧化层具有稳定性和良好的附着性，并且基材与Al2O3层之间的热膨胀系数匹配，预计Al-Si-O复合氧化层的稳定性和氧气屏障性能优于单一的SiO2氧化层。尽管一些研究集中在Mo(Si,Al)2材料的制备和性能优化上，但与其他传统高温抗氧化材料相比，对其高温抗氧化性能的研究仍然相对有限。因此，进一步研究Mo(Si,Al)2材料的高温抗氧化性及微观结构演变，对开发高性能、高可靠性的高温结构材料具有重要意义。
本论文通过自蔓延高温合成（SHS）法合成MoSi2和Mo(Si,Al)2粉末。随后，利用快速热压（SPS）技术将SHS合成的粉末制备成Mo(Si1-xAlx)2陶瓷（x = 0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2）。研究了铝含量对MoSi2和Mo(Si,Al)2陶瓷的合成过程和相组成的影响。此外，还探讨了Al合金化MoSi2在1500 °C下的高温氧化行为及相关的抗氧化机制。相关研究结果以题为“Microstructural evolution and 1500 °C oxidation resistance of Mo(Al,Si)2 fabricated via an innovative two-step SHS-SPS technique”发表在Materials and Design (JCR Q1，IF= 7.6)上。
图1. 铝合金化MoSi2的制备及其在1500 °C氧化过程的示意图
图2. 在1500 ℃下氧化1小时后陶瓷的表面形态及EDS分析：（a）MoSi2，（b）Mo(Si0.95Al0.05)2，（c）Mo(Si0.9Al0.1)2，（d）Mo(Si0.85Al0.15)2，（e）Mo(Si0.8Al0.2)2，（f-l）EDS结果
图3. 在1500 ℃下氧化20小时后陶瓷的横截面形态及EDS结果：（a）MoSi2，（b）Mo(Si0.95Al0.05)2，（c）Mo(Si0.9Al0.1)2，（d）Mo(Si0.85Al0.15)2，（e）Mo(Si0.8Al0.2)2，（f-j）EDS结果
图4. 陶瓷氧化后的质量变化曲线：（a）Mo(Si1-xAlx)2（x = 0–0.2），（b）Mo(Si1-xAlx)2（x = 0–0.1）
题目: Microstructural evolution and 1500 ◦C oxidation resistance of Mo(Al,Si)2 fabricated via an innovative two-step SHS-SPS technique
作者: 朱娜娜, 朱路，张保敬, 冯培忠，李世恒，Philipp V. Kiryukhantsev-Korneevc, Evgeny A. Levashovc, 任宣儒，王晓虹
链接: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S026412752400772X
DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2024.113397
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