基本信息
- 項目名稱：
- 航空高溫復合材料Nb/Nb5Si3的熔鑄工藝研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術(shù)論文
- 簡介：
- 航空航天等技術(shù)的迅猛發(fā)展，對高溫結(jié)構(gòu)材料提出了更高的要求。 Nb/Nb5Si3復合材料因具有高熔點、低密度和良好的高溫強度等性能，被認為是一種極具發(fā)展前景的新型高溫結(jié)構(gòu)材料，并已成為人們研究的熱點 因此，開發(fā)該材料的制備工藝，研究工藝參數(shù)與組織性能之間的關(guān)系等內(nèi)容，對于促進該材料的發(fā)展和應用具有重要的意義。
- 詳細介紹：
- 航空航天等技術(shù)的迅猛發(fā)展，對高溫結(jié)構(gòu)材料提出了更高的要求。 Nb/Nb5Si3復合材料因具有高熔點、低密度和良好的高溫強度等性能，被認為是一種極具發(fā)展前景的新型高溫結(jié)構(gòu)材料，并已成為人們研究的熱點。因此，開發(fā)該材料的制備工藝，研究工藝參數(shù)與組織性能之間的關(guān)系等內(nèi)容，對于促進該材料的發(fā)展和應用具有重要的意義。 本研究以Nb、Si元素粉末為原料，利用放電等離子燒結(jié)（SPS）技術(shù)原位合成了Nb/Nb5Si3復合材料。利用掃描電鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）和電子探針微區(qū)分析（EPMA）等手段分析了所得材料的組織結(jié)構(gòu)，并著重研究了Nb/Nb5Si3復合材料的SPS原位合成與液態(tài)成形一體化的可能性(簡稱SPS的熔鑄工藝)，和凝固速度對所得復合材料結(jié)構(gòu)的影響。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 本研究專注于航空高溫復合材料Nb/Nb5Si3 的熔鑄工藝研究，實現(xiàn)材料的原位合成與液態(tài)成型一體化，為這種復合材料的工業(yè)化應用提供理論基礎(chǔ)。 本研究組在1600℃燒結(jié)溫度下，獲得的Nb/Nb5Si3復合材料組織中出現(xiàn)了少量的枝晶狀組織。因此設(shè)想如果進一步提高燒結(jié)溫度，那么有可能促使Si粉和Nb粉的完全熔化，從而實現(xiàn)這種復合材料的原位合成與液態(tài)形成一體化。對這個設(shè)想進行試驗并研究其過程。
科學性、先進性及獨特之處
- 本研究采用最近發(fā)展起來的一種快速、高效的材料制備新技術(shù)――放電等離子燒結(jié)來直接原位合成Nb/Nb5Si3復合材料。 1．成功地制備了近理論密度的原位Nb/Nb5Si3復合材料 2. 開發(fā)了Nb/Nb5Si3復合材料的SPS熔鑄工藝，將材料的原位反應合成與液態(tài)成形過程結(jié)合起來，實現(xiàn)了材料的合成與液態(tài)成形一體化 3．本研究成果已申請國家發(fā)明專利（No：200910115502.8）
應用價值和現(xiàn)實意義
- 隨著航空技術(shù)的迅猛發(fā)展，要求發(fā)動機具有更高的推重比及工作效率，這便要求發(fā)動機具有更高的工作溫度。目前正在研制的第六代發(fā)動機，其工作溫度要求高達1600℃以上。 Nb/Nb5Si3是一種新型的高溫結(jié)構(gòu)復合材料，它因具有高熔點、低密度、良好的高溫強度及優(yōu)良的抗腐蝕和抗蠕變性能，被認為是最具開發(fā)應用前景的高溫結(jié)構(gòu)材料，有望在先進航空、航天燃氣渦輪發(fā)動機中的某些固定部件及高溫轉(zhuǎn)動部件上應用。
學術(shù)論文摘要
- 航空航天等技術(shù)的迅猛發(fā)展，對高溫結(jié)構(gòu)材料提出了更高的要求。Nb/Nb5Si3復合材料因具有高熔點、低密度和良好的高溫強度等性能，被認為是一種極具發(fā)展前景的新型高溫結(jié)構(gòu)材料，并已成為人們研究的熱點。因此，開發(fā)該材料的制備工藝，研究工藝參數(shù)與組織性能之間的關(guān)系等內(nèi)容，對于促進該材料的發(fā)展和應用具有重要的意義。 本研究以Nb、Si元素粉末為原料，利用放電等離子燒結(jié)（SPS）技術(shù)原位合成了Nb/Nb5Si3復合材料。利用掃描電鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）和電子探針微區(qū)分析（EPMA）等手段分析了所得材料的組織結(jié)構(gòu)，并著重研究了Nb/Nb5Si3復合材料的SPS原位合成與液態(tài)成形一體化的可能性(簡稱SPS的熔鑄工藝)，和凝固速度對所得復合材料結(jié)構(gòu)的影響。
獲獎情況
- 1、獲省級“第十一屆挑戰(zhàn)杯課外學術(shù)科技作品競賽”比賽一等獎 2、發(fā)于“特種鑄造及有色合金”刊物（該刊物為EI（美國工程索引）源刊）
鑒定結(jié)果
- 1.已申請國家發(fā)明專利（No：200910115502.8） 2.科技情報所查新結(jié)果表明，目前國內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)SPS熔鑄工藝制備Nb/Nb5Si3復合材料的相關(guān)報道。
參考文獻
- 1. Z. Li, L.M. Peng. Acta Materialia ,2007,55:6573 2. 陳哲, 嚴有為. 燒結(jié)溫度對原位復合材料Nb/Nb5Si3微觀組織結(jié)構(gòu)的影響. 材料熱處理學報，2005，26（6）:45-48 3.傅恒志.未來航空發(fā)動機材料面臨的挑戰(zhàn)與發(fā)展趨向.航空材料學報,1998,18(4):52 4.寧興龍. 21世紀的航空航天材料. 金屬世界, 2000,(4):2 5.Kim Won-Yong, Tanaka Hisao, Hannda Shuji. Intermetallics , 2002,(10):625
同類課題研究水平概述
- 目前，美、日等國投入了比較大的人力和財力來研制Nb/Nb5Si3復合材料，我國在此領(lǐng)域已逐漸啟動。近段時期以來，國內(nèi)外科技工作者致力于Nb5Si3及其復合材料的研究，已取得一定的進展，并探索不同方法制備Nb/Nb5Si3復合材料。 Nb/Nb5Si3復合材料的常用制備方法包括：定向凝固、物理氣相沉積、化學氣相沉積(CVD)、機械合金化、真空電弧熔煉等。 近年來，美國某空軍基地（AFB）材料研究室的Dimiduk D M等人一直采用真空電孤熔煉的方法制備Nb/Nb5Si3復合材料；日本的Ma C.L.等人通過粉末冶金的方法，利用元素Si粉和Nb粉在行星式球磨機中球磨30小時，然后在壓力40 MPa、溫度1500℃下經(jīng)過3小時的反應熱壓燒結(jié)也獲得了致密的Nb/Nb5Si3復合材料。 此外，日本高溫材料研究所的Kim Won－Yong等人采用定向凝固的方法，用純鈮、硅、鉬在感應爐中制備了具有一定取向顯微組織的Nb/Nb5Si3復合材料。Gavens A. J.等人用濺射沉積Nb和Nb5Si3的方法制備了Nb/Nb5Si3微疊層膜復合材料。 國內(nèi)對Nb/Nb5Si3復合材料的研究已取得一定的成果，北京航空材料研究院的曲土昱等人曾報道了他們利用真空電弧熔煉而獲得Nb/Nb5Si3復合材料組織的結(jié)果。華中科技大學嚴有為、陳哲等人對Nb/Nb5Si3復合材料做了深入的研究，發(fā)表了多篇論文。
