Vol.28 No.7 冯培忠等：陶瓷矿物改性MSiz发热元件的组织结构和性能 .667, 有很大差距，市场上的发热元件可能还是以原来 化烧结作用，使得复合材料的致密度较高，并且陶 的5工艺为主]，其性能相对较低.性能的改 瓷矿物的存在改变了MoS2本来的断裂模式，有 进可能与实验添加物有关，加入陶瓷矿物起到活 利于材料性能的提高. (c) d 图7MSi,发热元件元素扫描分析照片.(a)微观结构：(b)Mo面分析：(c)Si面分析；(d)0面分析 Fig.7 Scanning area analysis photographs of elements for an MoSiz heating element:(a)microstructure:(b)Mo:(c)Si:(d)O 表1不同Si2发热元件的物理和力学性能 Table 1 Physical and mechanical properties of different MoSsi:heating elements 密度， 硬度， 新裂韧性 弯曲强度， 压缩强度 产品 孔隙率/% e/(g'em3) HV/GPa Kic/(MPa-m2) /MPa o/MPa 本实验产品 5.43 3.7 10.4 4.85 355 809 Kanthall4] 5.60 1.0 9.0 3.00-4.00 450 1400 市场产品[2四] 5.50 7.3 5.7 200 合材料的显微组织和力学性能.金属学报，2001,37(3)： 3 结论 325 (1)自蔓延高温合成工艺可以有效地合成纯 [4]Makris A.Function of cermet elements in heat treating fur- naces.Ind Heat,1994.61(11):46 MoSi2,MoSi2发热元件的主要成分为MoSi2, [5]Bizarri V.Linder B.Lindskog N.Molybdenum disilicide Mo5Si3和陶瓷矿物. heating elements:meeting advanced ceramics requirement. (2)加入陶瓷矿物明显活化了MoSi2的烧 Ceram Bull,1989,68(10):1834 结，发生了液相烧结，降低了MoS2材料的烧结温 [6]Summers E.Thom A J.Cook B,et al.Extrusion and selected engineering properties of Mo-Si-B intermetallics.Inter- 度，阻止了MoSi2晶粒的过度长大，使得MoSi2复 metallics,2000,(8):1169 合材料具有较均匀的组织结构和较高的力学性 [7]Jiang W.Working life evaluation of MoSiz/oxide composites 能 heating elements.J Jpn Inst Met.2000.64(11):1089 (3)通过添加陶瓷矿物，使得MoSi2表面玻 [8]Uchiyama T.Jiang W.Molybdenum disilicide heating element 璃膜的成分和结构转变为以SiO2为主的含有少 and its production method:US Patent.252791.1999-02-19 [9]王学成，柴惠芬，王笑天.燃烧合成MSi2的组织结构特 量Mg0,Ca0,Na20,Alz03等物质的玻璃相，提高 征分析，中国有色金属学报，1995,5(2)：103 了表面保护膜的稳定性， [10]艾云龙，杨延清，马勤，等.MSi2发热元件的微观结构 对使用性能的影响.材料科学与工艺，1997,5(3)：43 参考文献 [11】饶东生·硅酸盐物理化学.北京：冶金工业出版社，1991. [1]Vasudevan A K.Petrovic J J.A comparative overview of 60 molybdenum disilicide composites.Mater Sci Eng.1992. [l2]硅钼棒的理化性质[OL]http:∥www.chida,imfo/My% A155:1 20web%20Chinese/lihua.htm.2005-04-09 [2]Petrovic JJ.Mechanical behaviour of MoSi2 and MoSiz com- [13]刘致宏，贺国成，刘立明。硅化钼发热元件机械强度与微 posites.Mater Sci Eng.1995.A192/193:31 观结构关系的研究.硅酸盐通报，1996(1)：68 [3]张来启，孙祖庆，张跃，等.原位SiC颗粒增强MSi2基复有很大差距‚市场上的发热元件可能还是以原来 的 R5工艺为主［13］‚其性能相对较低．性能的改 进可能与实验添加物有关‚加入陶瓷矿物起到活 化烧结作用‚使得复合材料的致密度较高‚并且陶 瓷矿物的存在改变了 MoSi2 本来的断裂模式‚有 利于材料性能的提高． 图7 MoSi2 发热元件元素扫描分析照片．（a） 微观结构；（b） Mo 面分析；（c） Si 面分析；（d） O 面分析 Fig．7 Scanning area analysis photographs of elements for an MoSi2heating element： （a） microstructure；（b） Mo；（c） Si；（d） O 表1 不同 MoSi2 发热元件的物理和力学性能 Table1 Physical and mechanical properties of different MoSi2heating elements 产品 密度‚ ρ／（g·cm —3） 孔隙率／％ 硬度‚ HV／GPa 断裂韧性‚ KIC／（MPa·m 1／2） 弯曲强度‚ σw／MPa 压缩强度‚ σc／MPa 本实验产品 5∙43 3∙7 10∙4 4∙85 355 809 Kanthal ［4］ 5∙60 1∙0 9∙0 3∙00～4∙00 450 1400 市场产品［12］ 5∙50 7∙3 5∙7 — 200 — 3 结论 （1） 自蔓延高温合成工艺可以有效地合成纯 MoSi2‚MoSi2 发热元件的 主 要 成 分 为 MoSi2‚ Mo5Si3 和陶瓷矿物． （2） 加入陶瓷矿物明显活化了 MoSi2 的烧 结‚发生了液相烧结‚降低了 MoSi2 材料的烧结温 度‚阻止了 MoSi2 晶粒的过度长大‚使得 MoSi2 复 合材料具有较均匀的组织结构和较高的力学性 能． （3） 通过添加陶瓷矿物‚使得 MoSi2 表面玻 璃膜的成分和结构转变为以 SiO2 为主的含有少 量 MgO‚CaO‚Na2O‚Al2O3 等物质的玻璃相‚提高 了表面保护膜的稳定性． 参 考 文 献 ［1］ Vasudevan A K‚Petrovic J J．A comparative overview of molybdenum disilicide composites． Mater Sci Eng‚1992‚ A155：1 ［2］ Petrovic J J．Mechanical behaviour of MoSi2 and MoSi2 com￾posites．Mater Sci Eng‚1995‚A192／193：31 ［3］ 张来启‚孙祖庆‚张跃‚等．原位 SiC 颗粒增强 MoSi2 基复 合材料的显微组织和力学性能．金属学报‚2001‚37（3）： 325 ［4］ Makris A．Function of cermet elements in heat treating fur￾naces．Ind Heat‚1994‚61（11）：46 ［5］ Bizarri V‚Linder B‚Lindskog N． Molybdenum disilicide heating elements：meeting advanced ceramics requirement． Ceram Bull‚1989‚68（10）：1834 ［6］ Summers E‚Thom A J‚Cook B‚et al．Extrusion and selected engineering properties of Mo —Si —B intermetallics．Inter￾metallics‚2000‚（8）：1169 ［7］ Jiang W．Working life evaluation of MoSi2／oxide composites heating elements．J Jpn Inst Met‚2000‚64（11）：1089 ［8］ Uchiyama T‚Jiang W．Molybdenum disilicide heating element and its production method：US Patent‚252791‚1999—02—19 ［9］ 王学成‚柴惠芬‚王笑天．燃烧合成 MoSi2 的组织结构特 征分析．中国有色金属学报‚1995‚5（2）：103 ［10］ 艾云龙‚杨延清‚马勤‚等．MoSi2 发热元件的微观结构 对使用性能的影响．材料科学与工艺‚1997‚5（3）：43 ［11］ 饶东生．硅酸盐物理化学．北京：冶金工业出版社‚1991． 60 ［12］ 硅钼棒的理化性质 ［OL ］．http：∥www．chida．info／My％ 20web％20Chinese／lihua．htm．2005—04—09 ［13］ 刘致宏‚贺国成‚刘立明．硅化钼发热元件机械强度与微 观结构关系的研究．硅酸盐通报‚1996（1）：68 Vol．28No．7 冯培忠等： 陶瓷矿物改性 MoSi2 发热元件的组织结构和性能 ·667·