硅化铌在材料方面的应用

背景及概述^[1][2]

铌(Nb)是一种高熔点(2468℃)的难熔金属，密度适中，耐腐蚀，抗辐射，同时高温强度大，具有良好的高温机械性能。铌与铌合金的优良特性使其成为航空、航天与核工业中高温结构件的重要候选材料之一，可用来制造火箭发动机、核反应堆等关键部件。然而，其氧化性能较差，纯铌在600℃就发生“pest”氧化现象，且随着温度的升高，氧化程度加剧，最终导致其高温性能的失效，这一缺点严重制约了铌与铌合金的应用。为了改善其高温抗氧化性能，表面涂层保护是兼顾铌与铌合金高温力学性能与抗氧化性能切实有效的途径。硅化铌(NbSi2)氧化时表面能够形成SiO2氧化膜，该氧化膜致密且具备自愈合能力，具有良好的高温抗氧化能力，从而使得NbSi2成为铌与铌合金高温防护涂层的主要选择。

应用^[2-6]

1. 合成铌/硅化铌复合材料. Nb/ Si 二元合金基复合材料是一种很有前途的高温结构材料，在这种双相复合材料之中固溶铌提供室温韧性而Nb5Si3 提供高温强度，这种复合材料在高温下具有高度的热力学稳定性和显微组织稳定性。日本超高温材料研究所等单位研究了利用球磨粉末的反应热压法制取铌/硅化铌复合材料，并研究评价其显微组织和力学性能。在本研究中，球磨过程是作为一种预处理方法，用来提高随后的反应烧结效果。用来实验研究的粉末采用了元素铌粉(纯度99.9 %，粒度<325 目)，半导体级硅(粒度<300 目)，按照Nb-3.5 %Si 、Nb-6 %Si、Nb-10 %Si 和Nb-16%Si(均为mo l 百分比)组成比配合后，在行星式球磨机中进行球磨，磨球(直径10mm 的不锈钢球)与混合粉末之重量比约为4∶1。球磨一定时间(1～110h)后的粉末，在石墨模中进行热压真空烧结(于40MPa 、1773K 烧结3h)。热压块经过退火后研究显微组织和力学性能的变化。

2.制备一种陶瓷铝板。包括以下重量份数配比的原料：粘土800-1000份、铝50-100份、碳20-30份、钨5-8份、钛3-5份、镍8-10份、硅化铌10-15份、硼化钼15-20份、碳化钛5-10份、氮化钛2-5份、钼5-8份、锆英砂10-20份、玻璃纤维10-15份和水500-1000份。该陶瓷铝板通过碳、钨、钛、镍、硅化铌和硼化钼的添加，使陶瓷铝板的耐热性更好，而且还添加了碳化钛、氮化钛、钼、锆英砂和玻璃纤维，使陶瓷铝板的硬度更高，不仅能够更加有效的防止陶瓷铝板因为磕碰而破碎，而且使陶瓷铝板能经受更高的温度，不会在使用的过程中因为高温而损坏，增加了陶瓷铝板的应用范围，减少了陶瓷铝板的使用成本。

3. 制备一种韧性良好的氧化铝陶瓷材料。由以下按照重量份的原料组成：氧化铝95-97份、轻质碳酸钙1-2份、高岭土1.5-3.2份、勃姆石0.7-1.8份、氮化锆0.5-0.9份、铬粉0.8-1.4份、硅化铌0.3-0.6份。本发明还提供了所述韧性良好的氧化铝陶瓷材料的制备方法。制备的韧性良好的氧化铝陶瓷材料，具有良好的韧性和抗热冲击性能，并且生产成本低，有利于氧化铝陶瓷材料进一步扩展其应用范围，具有广阔的市场前景。

4. 制备一种硅锗合金基热电元件。所述硅锗合金基热电元件由电极层、硅锗合金基热电层以及位于电极层和硅锗合金基热电层之间的阻挡层组成，所述阻挡层为硅化物与氮化硅的混合物，所述硅化物为硅化钼、硅化钨、硅化钴、硅化镍、硅化铌、硅化锆、硅化钽、硅化铪中的至少一种。本发明提供的硅锗合金基热电元件中各界面结合良好，界面处未见裂纹与明显的扩散现象存在，接触电阻小，热接触状态好，且能够经受长时间的高温加速试验。另外，提供的制备方法具有工艺简单、可靠性高、成本低、无需特殊设备、适合规模化生产等特点。

主要参考资料

[1] CN201710792127.5 一种在铌或铌合金表面制备硅化铌涂层的方法

[2] 晓敏. 球磨粉末反应热压法合成铌/硅化铌复合材料[J]. 金属功能材料, 2000, 5: 040.

[3] CN201710903764.5一种陶瓷铝板及其制备方法

[4] [CN201610124327.9一种韧性良好的氧化铝陶瓷材料及其制备方法

[5] CN201310266781.4一种硬质合金拉刀

[6] CN201610209315.6一种硅锗合金基热电元件及其制备方法