D0I:10.13374/1.issm100103.2008.03.009 第30卷第3期 北京科技大学学报 Vol.30 No.3 2008年3月 Journal of University of Science and Technology Beijing Mar.2008 原位合成MosSiB2的热力学分析 张来启黄蕾 北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京100083 摘要计算了M。SiB三元系中各化合物不同温度下标准生成自由焓和合成MosSiB2(T2相)反应在不同开始温度下的 绝热温度及反应产物的熔化比·结果表明：用M0,Si和B三种元素粉末混合物来原位合成Mo5SiB2在热力学上是完全可行 的：合成MSB2不宜用燃烧合成的自蔓延模式，宜采用燃烧合成的热爆模式（原位反应热压工艺）：反应的绝热温度及反应产 物的熔化比与开始温度有关 关键词MoSB三元系；多相合金：原位合成：自蔓延高温燃烧合成：热力学 分类号TG164.4 Thermodynamic analysis for the synthesis of MosSiB2 ZHA NG Laigi,HUA NG Lei State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials,University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACT The standard formation free energies at different temperatures of compounds in a Mo-Si-B ternary system were calculat- ed.The adiabatic temperatures and the molten ratios of MosSiB2(T2 phase)at different initial temperatures for the reaction of syn- thesizing MosSiB2 were obtained.The results showed that it was feasible to synthesize in-situ MosSiB2 from the elemental powders. MosSiB2 could not be synthesized using the SHS (self-propagating high-temperature synthesis)mode of combustion.In contrast,the explosion mode of combustion(in"situ reactively hot"pressing)was acceptable.The adiabatic temperature and the molten ratio of MosSiB2 were relative to the initial temperature. KEY WORDS Mo-Si-B ternary system;multiphase alloy:in"situ synthesis:self-propagating high-temperature synthesis;thermo" dynamics 近年来，为了满足航空航天等高技术产业对新 T2相的制备较难，已有的用电弧熔炼方法制备的 兴结构材料更高使用温度的要求，Mo-Si-B体系中T2相都含有MoB、Mo2B、Mo3Si或其他相.近年来 以MosSiB2(T2)相为基的多相合金因为其良好的性 出现了一系列新的材料制备技术，其中原位(in 能已经引起了人们的注意，在此多相合金中T2相 situ)反应合成技术由于具有明显的技术优势和经济 对合金的性能如在高温下的抗氧化性、强度及蠕变 优势而成为当今材料研究的热点， 抗力有很大的影响，它是多相合金的一个重要组成 本文拟利用Mo、Si和B元素粉末混合物之间 相.另外，T2相本身也具有能在高温条件下使用的 的放热反应，采用原位反应热压(in-situ reactively 很大发展潜力，它较高的熔点、较低的密度、较高的 hot-pressing,IRHP)原位合成T2相，通过对材料合 弹性模量、优异的各向同性热膨胀系数及适中的高 成反应绝热温度的计算，不仅可以判断反应能否自 温抗氧化性为其高温应用提供了前提)]，但目前 发维持进行（能否自蔓延合成），而且对分析反应机 缺乏T2相基本的力学性能数据（尤其高温力学性 理、合成工艺的正确选择以及工艺参数的优化具有 能数据)，对其相关机制的研究很少，主要是因为纯 重要的指导意义， 1 Mo-Si-B三元系反应产物热力学判据 收稿日期：2006-12-25修回日期：2007-03-02 基金项目：北京科技大学科研基金资助项目“新型钼硼硅化物超高 在材料、冶金等领域，通常用Gibbs自由能来判 温结构材料的研究(No-20041004790) 断一个反应能否发生，在恒温、恒压的条件下，反应 作者简介：张来启(1966一)男，副教授，博士 总是自发地向着Gibbs自由能减小的方向进行.可原位合成 Mo5SiB2 的热力学分析 张来启 黄 蕾 北京科技大学新金属材料国家重点实验室‚北京100083 摘 要 计算了 Mo－Si－B 三元系中各化合物不同温度下标准生成自由焓和合成 Mo5SiB2（T2相）反应在不同开始温度下的 绝热温度及反应产物的熔化比．结果表明：用 Mo、Si 和 B 三种元素粉末混合物来原位合成 Mo5SiB2 在热力学上是完全可行 的；合成 Mo5SiB2 不宜用燃烧合成的自蔓延模式‚宜采用燃烧合成的热爆模式（原位反应热压工艺）；反应的绝热温度及反应产 物的熔化比与开始温度有关． 关键词 Mo－Si－B 三元系；多相合金；原位合成；自蔓延高温燃烧合成；热力学 分类号 TG164∙4 Thermodynamic analysis for the synthesis of Mo5SiB2 ZHA NG L aiqi‚HUA NG Lei State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China ABSTRACT T he standard formation free energies at different temperatures of compounds in a Mo-S-i B ternary system were calculat￾ed．T he adiabatic temperatures and the molten ratios of Mo5SiB2（T2phase） at different initial temperatures for the reaction of syn￾thesizing Mo5SiB2 were obtained．T he results showed that it was feasible to synthesize in-situ Mo5SiB2from the elemental powders． Mo5SiB2could not be synthesized using the SHS （self-propagating high-temperature synthesis） mode of combustion．In contrast‚the explosion mode of combustion （in-situ reactively hot-pressing） was acceptable．T he adiabatic temperature and the molten ratio of Mo5SiB2 were relative to the initial temperature． KEY WORDS Mo－Si－B ternary system；multiphase alloy；in-situ synthesis；self-propagating high-temperature synthesis；thermo￾dynamics 收稿日期：2006-12-25 修回日期：2007-03-02 基金项目：北京科技大学科研基金资助项目“新型钼硼硅化物超高 温结构材料的研究”（No．20041004790） 作者简介：张来启（1966－）‚男‚副教授‚博士 近年来‚为了满足航空航天等高技术产业对新 兴结构材料更高使用温度的要求‚Mo－Si－B 体系中 以 Mo5SiB2（T2）相为基的多相合金因为其良好的性 能已经引起了人们的注意．在此多相合金中 T2相 对合金的性能如在高温下的抗氧化性、强度及蠕变 抗力有很大的影响‚它是多相合金的一个重要组成 相．另外‚T2相本身也具有能在高温条件下使用的 很大发展潜力‚它较高的熔点、较低的密度、较高的 弹性模量、优异的各向同性热膨胀系数及适中的高 温抗氧化性为其高温应用提供了前提［1－3］．但目前 缺乏 T2相基本的力学性能数据（尤其高温力学性 能数据）‚对其相关机制的研究很少‚主要是因为纯 T2相的制备较难．已有的用电弧熔炼方法制备的 T2相都含有 MoB、Mo2B、Mo3Si 或其他相．近年来 出现了一系列新的材料制备技术‚其中原位（in￾situ）反应合成技术由于具有明显的技术优势和经济 优势而成为当今材料研究的热点． 本文拟利用 Mo、Si 和 B 元素粉末混合物之间 的放热反应‚采用原位反应热压（in-situ reactively hot-pressing‚IRHP）原位合成 T2相．通过对材料合 成反应绝热温度的计算‚不仅可以判断反应能否自 发维持进行（能否自蔓延合成）‚而且对分析反应机 理、合成工艺的正确选择以及工艺参数的优化具有 重要的指导意义． 1 Mo－Si－B 三元系反应产物热力学判据 在材料、冶金等领域‚通常用 Gibbs 自由能来判 断一个反应能否发生．在恒温、恒压的条件下‚反应 总是自发地向着 Gibbs 自由能减小的方向进行．可 第30卷 第3期 2008年 3月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．3 Mar．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．03．009