MoSi_2电热材料研究

【摘要】：MoSi_2是一种金属间化合物,既具有类似金属的导电性,又具有类似陶瓷的耐高温抗氧化性。长期以来,MoSi_2发热元件因具有升温速度快和抗氧化能力强的特点,作为高温工业炉电阻发热元件的主流之一在玻璃工业、电子工业、冶金工业、陶瓷工业等各领域中得到了广泛应用。世界上生产MoSi_2发热元件的厂家中以瑞典的康泰尔(Kanthal)的产品质量最好,几乎垄断了整个国际市场,但其生产工艺至今保密。国内发热元件厂家生产的MoSi_2发热元件在使用性能上与其相差甚远。 本文在工厂MoSi_2发热元件生产工艺的基础上,采用淬熄实验对粉体制备的自蔓延高温合成(SHS)微观过程进行分析,采用不同的烧结工艺制备发热元件,并用光学显微镜、扫描电镜(SEM)进行显微组织观察,用X射线衍射仪(XRD)进行物相分析,采用万能材料试验机进行抗弯强度测量,采用箱式高温氧化炉测定元件的抗氧化性能。 研究表明,在Mo粉与Si粉的SHS过程中有中间产物Mo_3Si和Mo_5Si_3,但最终产物为纯MoSi_2,但不管生成哪种中间产物,体系的自由焓都趋于降低;而炉内高温合成同样有上述中间相产生,但MoSi_2生成要以Si的熔化为前提。适当地提高烧结温度和延长保温时间有利于提高烧结试样的致密度,但是过高的烧结温度和过长的烧结时间容易产生二次再结晶,使元件性能恶化。从MoSi_2的氧化动力学曲线可以看出,烧结温度越高,抗氧化性能越好,但总体上表现出了稳定的趋势。没有采取保护措施的元件渗碳严重,且碳大部分都分布在孔洞内,造成应力集中,二次再结晶现象较严重,高温下基本上没有韧性,不能弯曲;采取保护措施的元件基本上没有二次再结晶现象,可以在高温下热弯,且弯曲表面光滑,生膜状况良好,抗弯强度高。