幾種化合物與合金的單晶及其氧化各向異性.pdf

1、各向異性是晶體材料的最基本的特性。由于晶體排列長程有序,導(dǎo)致晶體材料的一些物理性能呈現(xiàn)各向異性的特征。其中氧化腐蝕也表現(xiàn)出各向異性的特性,單晶的高溫氧化性能和晶體取向有關(guān)。本文選擇了幾種典型的單晶高溫材料,包括難熔金屬單質(zhì)Nb單晶(BCC結(jié)構(gòu))、DZ4鎳基單晶高溫合金(FCC結(jié)構(gòu))以及Ni3Al(L12有序面心立方結(jié)構(gòu))、MoSi2金屬間化合物(C11b四方晶體結(jié)構(gòu))等,系統(tǒng)研究了氧化的各向異性,包括氧化動(dòng)力學(xué)與晶面的依賴關(guān)系,氧化產(chǎn)物

2、等,也從晶體學(xué)的角度研究了幾種典型的高溫材料的氧化性能與晶體學(xué)位向的依賴關(guān)系。研究結(jié)果表明,Nb單晶不同晶面在250℃下恒溫氧化200min的條件下,氧化表現(xiàn)出各向異性,不同晶面的氧化增重由大到小的順序?yàn)?100)>；(111)>；(110)。三個(gè)晶面的氧化產(chǎn)物都是Nb2O5。DZ4鎳基單晶不同晶面在900℃恒溫氧化的條件下,鑄態(tài)和熱處理態(tài)的三個(gè)典型晶面的氧化速率關(guān)系為(100)>；(111)>；(110)。鎳基單晶枝晶

3、間與枝晶干的元素偏析不同,氧化后枝晶干和枝晶間的氧化產(chǎn)物也存在明顯的差別。Ni3Al單晶在1100℃長時(shí)和短時(shí)氧化后均表現(xiàn)出氧化行為的各向異性。不同晶面氧化時(shí)反應(yīng)速率由高到低的順序分別為(111)>；(100)>；(110)面。不同晶面的氧化膜的組成相同,包括NiO的外氧化層,尖晶石NiAl2O4的中間層和Al2O3的內(nèi)氧化層。MoSi2單晶氧化時(shí)反應(yīng)速率由高到低的順序分別為(101)>；(100)>；(001)>；

4、(110)。MoSi2氧化的晶體學(xué)各向異性與溫度無關(guān)。材料氧化性能的各向異性對(duì)單晶材料而言具有普遍性。對(duì)于BCC結(jié)構(gòu)的Nb單晶,原子堆積密度最大的晶面氧化反應(yīng)的速率最小,其余晶面原子的排列密度和氧化速率沒有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,說明氧原子的擴(kuò)散不是氧化的唯一控制因素。對(duì)于FCC結(jié)構(gòu)的DZ4鎳基單晶合金,不同晶體取向的單晶沿生長方向的枝晶形貌、一次枝晶間距、元素偏析、兩相邊界的空間排列等不同,導(dǎo)致不同晶面的氧化存在各向異性。對(duì)于L12面心立方有