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金属间化合物MoSi2由于其良好的高温强度和抗氧化性能在高温结构材料领域具有极大的应用潜力,如果发挥出MoSi2的潜在优势,其在1200~1600℃所表现出来的综合性能有希望代替镍基超合金。但由于其存在低温脆性和高温软塑性,限制了MoSi2体系材料的应用。 为实现MoSi2系材料“低温增韧和高温补强”目标,本文根据复合材料强韧化理论设计MoSi2基复合材料,选择具有低密度、高强度、高韧性、高热稳定性的纳米碳管做为增强相。采用机械合金化法制备了MoSi2粉末,采用热压烧结法制备了CNTs/MoSi2复合材料。并结合相关分析测试手段,分析了CNTs/MoSi2复合材料的组织结构、断口形貌,测试了材料硬度、抗弯强度、断裂韧性和高温力学性能。根据第一性原理,建立了碳原子嵌入MoSi2单晶力学模型,提出了MoSi2晶体塑性理论,给出了MoSi2晶体的力学性能,采用CASTEP计算了MoSi2材料的电子特征和分布,并预报了MoSi2晶体和CNTs/MoSi2材料的力学性能。同时深入探讨并揭示CNTs/MoSi2复合材料强韧化机制。 结果显示,在机械合金化制备MoSi2过程中,球料比、球罐转速、球磨时间显著影响粉体中金属间化合物成分,球磨助剂影响颗粒度。在热压烧结制备CNTs/MoSi2过程中,包覆了活性剂的纳米碳管和MoSi2粒子在微观层次上混合均匀,烧结后结合牢固。烧结产物CNTs/MoSi2材料组织主要包括MoSi2、Mo4.8Si3C0.6、SiC等相。弹性常数和各种模量的计算结果与实验一致,弹性常数计算值随晶格的变化呈线性变化规律。CNTs/MoSi2复合材料力学性能预报表明,C原子替代Si原子后,提高了MoSi2晶体的韧性。 在原子和电子结构角度,MoSi2弹性常数计算值随晶格的变化呈线性变化规律源于Si原子3s和3p轨道和Mo原子的4d轨道杂化作用形成共价键电子结构的变化,其脆性源于Si-Si键较弱,系统在<001>方向上优先沿Si-Si键断裂。而碳原子替代Si原子使[001]方向上的表面能降低,改变了Si-Si、Si-Mo的界面结构和杂化作用,使共价键作用减弱,均可使MoSi2晶体的韧性提高。在微观组织角度,CNTs/MoSi2的强韧性提高来源于MoSi2晶粒的细化、Mo4.8Si3C0.6、SiC、CNTs等相对对裂纹的偏转作用以及多种界面对位错和裂纹的阻碍和偏转作用。