C11_b構造を有する超高温構造材料の設計:-c/a軸比の制御-

C11_b结构超高温结构材料的设计：-c/a轴比的控制-

基本信息

批准号：
13750655
负责人：
伊藤和博
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

MoSi_2は優れた耐酸化性を有し、超高温構造材料の有力候補の1つである。しかしながら、{013}<331>すべりのCRSSが結晶方位に大きく依存するため、多結晶材が変形能を示さない。MoSi_2基Cll_b合金のc/a軸比の制御の可能性と{013}<331>すべりのc/a軸比による変化を調べたが、MoSi_2基超高温構造材料の設計に新たな提案を見出すことはできなかった。そこで、新たな超高温構造材料の指針として、Mo相とMo_5SiB_2(T_2)相との複相化を検証した。Mo相とT_2相との共晶組織は熱力学的に2100℃まで安定であり、我々はT_2相の高温でのクリープ歪がMoSi_2や先進のセラミックス材より約3桁小さいことを明らかにしている。Mo相とT_2相との共晶組織のみを有する試験片は凝固速度が約5mm/hより遅い時にのみ作製可能であり、共晶組織は短い棒状のMo相が母相T_2相に均一に分散した組織である。得られたT_2/Mo共晶組織の室温靭性値は約11MPa√m、1500℃での降伏応力は約700MPaであり、Nb基の複相材や他のMo-Si-B複相合金と比較して、同等の室温靭性および約2倍の高温強度である。T_2相の耐酸化性はMo相と比較するとはるかに良いがMoSi_2より劣るため、1500でのクリープ試験はAr雰囲気中で行った。更にMo相との複相化は耐酸化性の劣化を招くと予想される。そこで、この共晶合金をSiベースのパック材に埋め込み拡散浸透処理を行い、均一なMoSi_2コーティング層を共晶合金上に形成させることに成功した。そのパック・セメンテーションした共晶合金は1300〜1500℃までの連続酸化試験においてMoSi_2と同等の耐酸化性を示す。1500℃ではMoSi_2コーティング層はBを含むMo_5Si_3コーティング層に相変態する。Bを含むMo_5Si_3はMoSi_2と同等の耐酸化性を示すことが報告されており、事実本研究においてもBを含むMo_5Si_3コーティング層は1500℃において耐酸化コーティング層として機能している。以上、Mo-Si-B系に存在する相を用いて、各相に機械的性質及び耐酸化性改善の役割分担を担わせ、超高温構造材料として必要な特性を有する一つの複相材を作り上げた。

MoSi_2具有优异的抗氧化性，是超高温结构材料的有前景的候选材料之一。然而，多晶材料不表现出变形能力，因为{013}<331>滑移的CRSS很大程度上取决于晶体取向。我们研究了控制MoSi_2基Cll_b合金c/a轴比的可能性以及c/a轴比引起的{013}<331>滑移的变化，并为MoSi_2基Cll_b合金的设计找到了新的建议。超高温结构材料我做不到。因此，作为新型超高温结构材料的指导，我们验证了Mo相和Mo_5SiB_2(T_2)相的多相形成。 Mo和T_2相之间的共晶结构在高达2100℃时热力学稳定，并且我们已经证明T_2相在高温下的蠕变应变比MoSi_2和先进陶瓷材料小约三个数量级。只有当凝固速度低于约5 mm/h时，才能制备出仅有Mo相和T_2相共晶组织的试件，并且在共晶组织中，短棒状Mo相均匀弥散在基体T_2相中这是一个组织。与铌基多相材料及其他Mo-Si-B多相材料相比，所得T_2/Mo共晶组织的室温韧性值约为11 MPa√m，1500℃屈服应力约为700 MPa。它具有相同的室温韧性和大约两倍的高温强度。由于T_2相的抗氧化性能远优于Mo相，但不如MoSi_2，因此在Ar气氛下进行1500℃的蠕变试验。此外，预计与Mo相形成复相将导致抗氧化性劣化。因此，我们通过将共晶合金嵌入硅基电池组材料中并进行扩散渗透处理，成功地在共晶合金上形成了均匀的MoSi_2涂层。包结共晶合金在1300-1500℃的连续氧化试验中表现出与MoSi_2相当的抗氧化性能。 1500℃时,MoSi_2镀层转变为含B的Mo_5Si_3镀层。据报道，含B的Mo_5Si_3表现出与MoSi_2相当的抗氧化性，事实上，在本研究中，含B的Mo_5Si_3镀层在1500℃下起到抗氧化镀层的作用。如上所述，通过使用Mo-Si-B系中存在的相，各相起到改善机械性能和抗氧化性的作用，并且单一多相材料具有作为超高温结构材料所必需的特性是我编出来的。