Contexte et aperçu
Le niobium (NB) est un métal réfractaire à point de fusion élevé (2468 ℃), avec une densité modérée, une résistance à la corrosion, une résistance aux radiations, une résistance à haute température et de bonnes propriétés mécaniques à haute température. Les excellentes propriétés du niobium et de ses alliages en font l’un des matériaux candidats importants pour les pièces structurelles à haute température dans les industries aéronautique, aérospatiale et nucléaire. Ils peuvent être utilisés pour fabriquer des composants clés tels que des moteurs de fusée et des réacteurs nucléaires. Cependant, ses performances d'oxydation sont médiocres. Le phénomène d'oxydation « nuisible » du niobium pur se produit à 600 ℃, et le degré d'oxydation s'intensifie avec l'augmentation de la température, ce qui conduit finalement à l'échec de ses performances à haute température. Cet inconvénient restreint sérieusement l'application du niobium et de l'alliage de niobium. Afin d'améliorer sa résistance à l'oxydation à haute température, la protection du revêtement de surface est un moyen pratique et efficace de prendre en compte les propriétés mécaniques à haute température et la résistance à l'oxydation du niobium et des alliages de niobium. Lorsque le siliciure de niobium (NbSi2) est oxydé, un film d'oxyde de SiO2 peut se former à la surface. Le film d'oxyde est dense et possède une capacité d'auto-guérison et une bonne résistance à l'oxydation à haute température. Par conséquent, NbSi2 est devenu le principal choix de revêtements de protection haute température pour le niobium et les alliages de niobium.
Application
1. Synthèse de composites niobium/siliciure de niobium Le composite à matrice en alliage binaire Nb/Si est un matériau structurel prometteur à haute température. Dans ce composite biphasé, le niobium en solution solide offre une résistance à température ambiante et le Nb5Si3 offre une résistance à haute température. Ce composite présente une stabilité thermodynamique et une stabilité de la microstructure élevées à haute température. L'institut japonais de recherche sur les matériaux à ultra haute température et d'autres unités ont étudié la préparation de composites niobium/siliciure de niobium par pressage à chaud réactif de poudre broyée à boulets, et ont étudié et évalué leur microstructure et leurs propriétés mécaniques. Dans cette étude, le processus de broyage à boulets est utilisé comme méthode de prétraitement pour améliorer l’effet de frittage ultérieur. La poudre utilisée pour la recherche expérimentale adopte de la poudre de niobium élémentaire (pureté 99,9 %, taille des particules < 325 mesh) et du silicium de qualité semi-conducteur (taille des particules < 300 mesh). Après mélange selon le rapport de composition de nb-3,5 % Si, nb-6 % Si, nb-10 % Si et nb-16 % Si (toutes moles), il est broyé dans un broyeur planétaire à boulets. Le rapport pondéral de la boule de broyage (boule en acier inoxydable de 10 mm de diamètre) à la poudre mélangée est d'environ 4 : 1. La poudre broyée pendant un certain temps (1 ~ 110h) est pressée à chaud et frittée sous vide dans un moule en graphite (frittée à 40MPa et 1773K pendant 3h). Les changements de microstructure et de propriétés mécaniques des blocs pressés à chaud après recuit ont été étudiés.
2. Préparez une plaque en céramique d'aluminium. Matières premières avec la proportion pondérale suivante : 800 à 1 000 parties d'argile, 50 à 100 parties d'aluminium, 20 à 30 parties de carbone, 5 à 8 parties de tungstène, 3 à 5 parties de titane, 8 à 10 parties de nickel, 10-15 parties de siliciure de niobium, 15-20 parties de borure de molybdène, 5-10 parties de carbure de titane, 2-5 parties de nitrure de titane, 5-8 parties de molybdène, 10-20 parties de sable de zircon, 10-15 parties de fibre de verre et 500 à 1 000 parties d'eau. La plaque en céramique d'aluminium présente une meilleure résistance à la chaleur grâce à l'ajout de carbone, de tungstène, de titane, de nickel, de siliciure de niobium et de borure de molybdène. De plus, du carbure de titane, du nitrure de titane, du molybdène, du sable de zircon et de la fibre de verre sont ajoutés pour donner à la plaque d'aluminium en céramique une dureté plus élevée, ce qui peut non seulement empêcher plus efficacement la rupture de la plaque d'aluminium en céramique en raison d'une collision, mais également rendre le la plaque d'aluminium en céramique résiste à des températures plus élevées et ne sera pas endommagée en raison de la température élevée lors du processus d'utilisation. La plage d'application de la plaque d'aluminium en céramique est augmentée et le coût d'utilisation de la plaque d'aluminium en céramique est réduit.
3. Préparez un matériau céramique d'alumine avec une bonne ténacité. Il est composé de 95 à 97 parties en poids d'alumine, 1 à 2 parties de carbonate de calcium léger, 1,5 à 3,2 parties de kaolin, 0,7 à 1,8 parties de boehmite, 0,5 à 0,9 parties de nitrure de zirconium, 0,8 à 1,4 parties de chrome. poudre et 0,3 à 0,6 parties de siliciure de niobium. L'invention concerne également un procédé de préparation du matériau céramique d'alumine présentant une bonne ténacité. Le matériau céramique d'alumine préparé présentant une bonne ténacité présente une bonne ténacité et une bonne résistance aux chocs thermiques, et le coût de production est faible, ce qui est propice à l'élargissement de sa gamme d'applications et offre de larges perspectives de marché.
4. Préparez un élément thermoélectrique à base d'alliage de silicium-germanium. L'élément thermoélectrique à base d'alliage de silicium-germanium est composé d'une couche d'électrode, d'une couche thermoélectrique à base d'alliage de silicium-germanium et d'une couche barrière entre la couche d'électrode et la couche thermoélectrique à base d'alliage de silicium-germanium. La couche barrière est un mélange de siliciure et de nitrure de silicium, et le siliciure est au moins un siliciure de molybdène, un siliciure de tungstène, un siliciure de cobalt, un siliciure de nickel, un siliciure de niobium, un siliciure de zirconium, un siliciure de tantale et un siliciure d'hafnium. L'élément thermoélectrique à base d'alliage de silicium-germanium proposé par l'invention présente une bonne liaison d'interface, aucune fissure ni phénomène de diffusion évident au niveau de l'interface, une faible résistance de contact, un bon état de contact thermique et peut résister à un test accéléré à haute température à long terme. De plus, le procédé de préparation proposé présente les caractéristiques d'un processus simple, d'une fiabilité élevée, d'un faible coût, de l'absence d'équipement spécial, adapté à une production à grande échelle, etc.
Principales références
[1] Cn201710792127.5 procédé de préparation d'un revêtement de siliciure de niobium sur la surface du niobium ou d'un alliage de niobium
[2] Xiaomin Synthèse de composites niobium / siliciure de niobium par pressage à chaud réactif de poudre de broyage à boulets [J] Matériaux fonctionnels métalliques, 2000, 5 : 040
[3] Cn201710903764.5, une plaque en céramique d'aluminium et son procédé de préparation
[4] [cn201610124327.9, un matériau céramique d'alumine présentant une bonne ténacité et son procédé de préparation
[5] Cn201310266781.4 a carbide broach
[6] Cn201610209315.6, élément thermoélectrique à base d'alliage de silicium-germanium et son procédé de préparation
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