论文摘要：定向凝固Nbss-Nb5Si3共晶自生复合材料的组织控制

定向凝固铌硅自生共晶复合材料由于具有密度低、承温能力高、室温断裂韧性适中、高温强度高和高温持久寿命长等性能优势，有望成为新一代航空发动机叶片用超高温结构材料。本文采用真空非自耗电弧熔炼法制备NbSS-Nb5Si3自生共晶复合材料的母合金锭，采用光悬浮区熔定向凝固装备制备了定向效果良好的规则片层状NbSS-Nb5Si3自生共晶复合材料，并对添加Al、Ti、B、Ga等合金元素对其组织的影响，以及定向凝固工艺参数和组织之间的对应规律、组织特性进行了研究。利用SEM，EDS，XRD等实验技术对定向凝固合金的相组成与组织形态进行了观察和分析。实验发现，定向凝固合金主要由NbSS和-Nb5Si3相构成，Nb-17Si-10Mo三元合金及添加Al、Ti、Ga的四元合金中都存在大量的片层状共晶组织。添加3at.%Al、0.1at.%Ga和1at.%Ga的合金规则片层组织面积大，片层长且平直，表明少量Al和Ga有助于片层组织的形成。添加Ti的合金中出现了大量先析出铌固溶体，添加B的合金中没有发现片层状组织，表明添加少量Ti、B不利于片层组织的形成。随着凝固速率的增大，定向凝固共晶组织中片层间距变小，分布趋于规则和均匀，定向效果显著。生长速率平方根的倒数与共晶片层间距具有线性对应关系，该系统有：λ2R=3.89×10-5mm3/h关系式。当凝固速率为18mm/h时，平固液界面转变成胞状固液界面，片层组织消失。在本系统中，生长具有规则片层组织的Nbss-Nb5Si3微叠层材料的极限抽拉速率在10mm/h到18mm/h之间。籽棒和母棒都完全静止的生长方式更有助于得到规则的片层状共晶组织，而且是近全片层结构，片层生长方向与熔区移动方向一致。随着试棒直径的减小，片层间距减小，片层组织的面积增加，片层生长方向与熔区移动方向趋于一致。

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