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。本文選擇了幾種典型的單晶高溫材料,包括難熔金屬單質Nb單晶(BCC結構)、DZ4鎳基單晶高溫合金(FCC結構)以及Ni3Al(L12有序面心立方結構)、MoSi2金屬間化合物(C11b四方晶體結構)等,系統(tǒng)研究了氧化的各向異性,包括氧化動力學與晶面的依賴關系,氧化產物

2、等,也從晶體學的角度研究了幾種典型的高溫材料的氧化性能與晶體學位向的依賴關系。研究結果表明,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為(100)>；(111)>；(110)。三個晶面的氧化產物都是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)的三個典型晶面的氧化速率關系為(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物也存在明顯的差別。Ni3Al單晶在1100℃長時和短時氧化后均表現(xiàn)出氧化行為的各向異性。不同晶面氧化時反應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的內氧化層。MoSi2單晶氧化時反應速率由高到低的順序分別為(101)>；(100)>；(001)>；

4、(110)。MoSi2氧化的晶體學各向異性與溫度無關。材料氧化性能的各向異性對單晶材料而言具有普遍性。對于BCC結構的Nb單晶,原子堆積密度最大的晶面氧化反應的速率最小,其余晶面原子的排列密度和氧化速率沒有很好的對應關系,說明氧原子的擴散不是氧化的唯一控制因素。對于FCC結構的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,導致不同晶面的氧化存在各向異性。對于L12面心立方有