[科普中国]-单晶金属间化合物

单晶金属间化合物，是在宏观尺度范围内不含晶界的金属间化合物晶体。各元素原子占据晶格中特定的位置，故具有明显的各向异性。

简介单晶金属间化合物，是在宏观尺度范围内不含晶界的金属间化合物晶体。各元素原子占据晶格中特定的位置，故具有明显的各向异性。因无晶界的影响，可改善金属间化合物的塑性。如多晶状态无塑性的Ni3Al制成单晶后，沿（001）方向的室温伸长率占达到60%等。主要应用于涡轮叶片、导向叶片或其他高温部件。1

金属间化合物的韧化原理及方法一般金属间化合物呈室温脆性，究其原因为：它的金属键中原子间结合力很强，化学结合趋向稳定，阻碍晶体滑移塑性变形；其次，金属间化合物的滑移系很少，达不到多晶体塑性变形时必需的滑移系数目；再有，金属间化合物的晶界较弱，且存在杂质在晶界上偏聚，脆化了晶界。以上因素综合作用的结果导致脆化，若能有效抑制上述因素，就可以抑制和克服这种脆性。

①利用合金化原理，研制以有序相为主体的两相合金。提高金属间化合物塑性和韧性的关键在于晶界。设计合金时，如果让强度高的有序相为基体相，而让体积分量极少的无序相分布在晶界上，这样，就可以获得既具备金属间化合物各项优异性能又具有足够塑性的理想合金。例如，CO3V是一种堆垛顺序复杂的六方晶体，通常呈脆性。C.T.Liu等人研究表明，通过以铁、镍取代部分钴，得到以（CoFe）3V、（Ni、Co、Fe）3V为基的有序面心立方合金，其室温伸长率可达35%。

②加入微量元素强化晶界而达到韧化的目的。金属间化合物的致命弱点是其晶界尤为脆弱。如果掺入某些极易析出在晶界处的微量元素，且这些少量掺入的元素不形成第二相质点，也不改变基体相的有序状态，而这些微量元素有着显著的强化晶界的作用，这样就可以使得晶界的强度和晶内的强度相匹配，在晶界开裂之前晶内可以承受较大的变形，而达到韧化的目的。研究表明，Ni3Al多晶体中加入质量分数为0.05%~0.10%的硼后，经1027℃均匀化退火可使室温塑性大幅度提高，伸长率可达35%；而未加硼的试样根本不能塑性变形，这是因为，加硼后增强了金属间化合物的晶界，并减少了晶界处位错源起动所需的应力，从而降低了脆性。此外，用锰微量合金化Ni3Al，形成MnS，抑制晶界上有害元素硫的偏聚，可改善晶界强度，从而提高塑性。微量硼在FeAI合金中也起一定作用，使其断裂方式改变，得到穿晶解理断口。

③通过快速凝固，获得微晶态或非晶态的金属间化合物。细化晶粒是改善塑性的一种主要手段。通过快速凝固的激冷，可使金属间化合物形成极细的微晶（小于1μm）或一定量的无序相，甚至是非晶态相。这样可以有效地抑制杂质元素在晶界上的偏聚，可以让无序相或非晶态相在变形中起到协调作用，从而抑制沿晶脆性，获得韧化的金属间化合物。由于快速凝固获取的合金其截面都很小（10-1~103mm），不能直接用来制作工程构件，为了克服这一不足，可将用快速凝固制得的坯料采用热等静压技术压制或挤压成一定形状的构件，以达到应用的目的。如果将坯料碾制成粉末，再经粉末冶金手段烧结成所需形状，金属间化合物的韧化效果就会更加突出。

获取单晶、定向凝固等，以及其它形变热处理等对金属间化合物都有一定的韧化效果，可以根据零件的要求及合金的种类选择使用。

金属间化合物具有许多独特的物理和化学性能，引起国内外科研人员的广泛关注。金属间化合物不仅键合力强，可用于比合金更高的工作温度，而且具有比合金更高的比强度、比刚度及抗氧化能力，是航空航天、国防军事、新型能源、生物工程、信息技术等高新科技的关键材料。但金属间化合物尚未被充分开发利用，人们期待出现一种特别性能的新材料，能在各个领域发挥巨大作用。2

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学