MoSi2金属间化合物概述
摘要：mosi2及其复合材料作为一种新型高温结构材料有着广阔的应用前景。

本文简要阐述了mosi2的结构特点、制备方法、力学性能、抗氧化性能以及mosi2材料在发展过程中所面临的一些问题。

关键字：mosi2；高温结构材料；金属间化合物
中图分类号： o52 文献标识码： a 文章编号：
引言
随着航天、航空和先进能源等近代科学技术的发展，对材料高温和抗氧化性能的要求更加苛刻。

从20世纪50年代至70年代末，金属基高温合金(如ni基、co基超合金)在低于1000℃范围内得到了较好的应用，但是由于受金属基体熔点的限制，继续提高高温合金的使用温度愈来愈难，人们开始寻求新的高温材料。

fleischer 等[1]总结了约300种在1500℃以上熔化的二元金属和金属与类金属的化合物，并展示了它们的熔点、密度、弹性模量及热硬度，从抗氧化性和高温结构强度的观点看，mosi2作为有潜力的候选材料之一，引起了极大的兴趣。

本文着重讨论了mosi2作为一种新型金属结构材料的性能特点，制备方法和发展前景等问题。

2. mosi2晶体结构
mosi2是mo-si二元合金系含硅量最高的一种中间相，mo、si原子半径相差不大(rmo=1.39nm, rsi=1.34~1.17nm)，电负性也比较接近(xmo=1.80~2.10, xsi=1.80~1.90)。

当mo与si的原子数之比
为1:2时即可形成成分比较固定的道尔顿型金属间化合物[2]，其结构符号为c11b。

这种晶体结构是由三个体心立方晶胞沿c轴方向经3次重叠，mo原子坐落于其中心结点及八个顶角，si原子位于其余结点，从而构成了稍微特殊的体心正方晶体结构。

从这种结构的原子密排面(110)上的原子组态可以看出，si-si原子组成了共价键，而mo-mo原子属于金属键结合，mo-si原子介于其间，致使这种结构中的原子结合具有金属键和共价键共存的特征。

3. mosi2的制备方法
mosi2及其复合材料的性能与制备工艺密切相关。

目前，主要采用机械合金化(ma)、自蔓延高温合成(shs)、等离子喷涂、固态置换反应、放热扩散等方法制备mosi2及其复合材料[3]。

3.1机械合金化(ma)
通过高能球磨使材料实现固态反应而合金化的方法称为机械合金化法(ma)，它是20世纪60年代后期研制氧化物弥散强化合金时发展起来的。

主要通过磨球与磨球之间，磨球和料罐之间的碰撞，是粉末产生塑性变形和加工硬化而被破碎。

这些被破碎的粉末在随后的球磨过程中又发生冷焊，再次破碎，如此反复破碎和混合，不同组元的原子相互渗入，从而达到合金化的目的[4]。

3.2高温自蔓延合成(shs)
自蔓延高温合成是指对于放热反应的反应物，经外加热源点火而起动反应，放出热量，放出的热量使反应自动维持，形成燃烧波向下或向前传播。

在高温固相自蔓延燃烧合成过程中发生的化学反应
主要是在颗粒之间或颗粒与相邻的液相之间进行的，这种化学反应的进行一般有两种控制机制：扩散和溶解—析晶[5]。

mosi2自蔓延反应过程中，最高温度往往达到1500℃以上，超过了硅粉的熔点(1415℃)，并且产物颗粒有明显的液相反应产物特征，据此可以推断反应是在液相si与固相mo之间进行的，并遵循溶解—析晶机制。

在点火热源或已反应区热量向燃烧波前沿快速传导作用下，燃烧波前沿处温度迅速超过硅的熔点，反应物硅被加热熔化，液态硅在毛细管张力作用下很快向周围铺展，大大增加了mo —si间的接触面积，触发合成反应快速进行。

mo—si原子间直接固溶反应和放热现象，导致在钼颗粒表面薄层范围内形成高温区，促使薄层内mo—si原子快速互溶，薄层外侧富硅成分处熔点相对较低，而熔化成富硅液相。

随着反应国度薄层相钼颗粒心部快速推移，富硅液相将逐渐偏离放热反应高温区的影响范围，随着温度下降其中将不断结晶析出mosi2。

随着反应热量的传递，新的液态硅出现，继续溶解—析晶过程，直到原料硅和钼被消耗完毕。

4. mosi2的组织与性能
4.1力学性能
mosi2的力学性能特点是室温硬而脆，具有较高的强度；高温塑性好，但强度低，容易发生蠕变。

这与高温结构陶瓷在整个使用温度范围内呈现明显脆性不同，mosi2具有明显的脆—延性转变特性，其转变温度一般在1000℃左右[6]。

一般可把多晶mosi2的力学性能分为三个区域，低温(<925℃)下是强脆性区，断裂韧性较低；中
温(925~1250℃)是强韧性区；1250℃以上是软塑性区，高温强度低。

室温下，mosi2的强度受限于脆性断裂。

高温下，mosi2因位错的开动和晶界滑移而使强度和抗蠕变能力下降。

4.2氧化性能
4.2.1低温抗氧化性能
在较低温度下，mosi2表现有加速氧化的趋势，特别在大约500℃左右时mosi2材料常常因剧烈氧化而成粉末状，这就是所谓的mosi2“pesting”现象。

低温氧化遵循如下反应：
mosi2+7/2o2→moo3+2sio2
反应生成针状moo3和团族状sio2，这种疏松产物对材料内部保护能力很弱。

4.2.2高温抗氧化性能
mosi2的一个很大优点是它具有很好的高温抗氧化性能，其抗氧化温度可达1700℃以上，是金属硅化物中最好的，与硅基陶瓷相当，因此特别适用于在氧化性气氛中使用。

其高温氧化遵循如下反应：mosi2+7/5o2→1/5mo5si3+7/5sio2
正是这种硅的选择性氧化在mosi2的表面自发形成一层致密sio2保护膜，使得mosi2材料具有出色的高温抗氧化性。

5. 目前mosi2发展中存在的问题及改进措施
mosi2主要存在室温脆性大，高温强度低，低温抗氧化性能差等缺点，严重限制了mosi2的应用。

因此对mosi2进行改性是十分必要的。

目前，对mosi2进行低温增韧、高温补强，并进一步改善其
低温和高温抗氧化性能的主要途径有合金化、复合化等。

目前正在研究的mosi2合金化元素大致有3个方面的目标：(1)改善mosi2低温韧性，主要有：nb、v、ta、cr和zr等元素取代mo的点阵位置，而al等元素则取代si的点阵位置；(2)改善mosi2高温力学性能，有w、re和er等元素；(3)是改善mosi2抗氧化性能，有al、y和ge等元素。

加入第二相，制备mosi2基复合材料是mosi2改性的另一个有效途径。

参考文献：
[1] fleischer r l,taub.j.met,1989,41(9):8.
[2] 山口正冶.金属间化合物[m].北京:科学出版社,1991.
[3] ito k,et al.brittle-ductile behavior of single crystals of mosi2[j]. mater sci eng,1999.。