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1 绪论 1

1.1 硅化物的概念 1

1.2 金属硅化物的发展简史 2

1.3 基本性质 3

1.3.1 化学性质 3

1.3.2 物理性能 4

1.3.3 力学性能 7

1.4 硅化物分类 9

1.4.1 按化学组成分类 9

1.4.2 按结构分类 9

1.4.3 按功能和用途分类 10

1.5 工程应用 10

1.6 发展趋势 11

参考文献 12

2 金属-硅系统热力学 14

2.1 引言 14

2.2 硅化物的热力学性质 14

2.2.1 硅化物的生成自由能 14

2.2.2 硅化物的生成热 16

2.2.3 硅化物化学键及其与生成热的关系 19

2.2.4 硅化物的生成熵 19

2.2.5 硅化物的热容 20

2.2.6 硅化物的熔化热和熔化熵 21

2.3 硅-金属二元系相图 23

2.3.1 硅与碱金属形成的二元系 23

2.3.2 硅与碱土金属形成的二元系 24

2.3.3 硅与贵金属形成的二元系 27

2.3.4 硅与难熔金属形成的二元系 28

2.3.5 硅与稀土元素形成的二元系 35

2.3.6 硅与主族金属形成的二元系 38

2.3.7 硅与过渡族金属形成的二元系 41

2.4 硅的三元系相图 47

2.4.1 Mo-Si-C系相图 47

2.4.2 Mo-Si-B系相图 49

2.4.3 Al-Cu-Si系相图 53

2.4.4 Cu-Ni-Si系相图 55

2.4.5 Nb-Hf-Si系相图 56

2.4.6 Fe-Zn-Si系相图 58

2.4.7 Hf-Si-O系相图 63

2.4.8 Ti-Si-N系相图 67

2.4.9 Fe-Si-B系相图 69

2.4.10 Au-Ag-Si系相图 70

2.4.11 Ce-Ag-Si系相图 72

参考文献 74

3 金属硅化物的电子结构 84

3.1 概述 84

3.1.1 电子结构参数 84

3.1.2 电子结构与物理性能 87

3.1.3 电子结构与化合物的稳定性 88

3.1.4 电子结构与晶体结构 89

3.2 电子结构研究方法 90

3.2.1 实验研究方法 90

3.2.2 理论研究方法 99

3.3 块体硅化物的电子结构 109

3.3.1 化学键和化合物的稳定性 109

3.3.2 βFeSi2的电子结构 110

3.3.3 过渡族金属硅化物的电子结构 112

3.3.4 难熔金属硅化物的电子结构 113

3.3.5 贵金属硅化物的电子结构 115

3.4 薄膜硅化物的电子结构 115

3.4.1 金属-硅界面形成与表征 115

3.4.2 过渡金属-硅界面 117

3.4.3 界面理论模型 126

3.4.4 界面电性能 129

参考文献 133

4 金属硅化物的晶体结构 143

4.1 化学键 143

4.1.1 化学键的类型 143

4.1.2 化学键的性质 147

4.1.3 硅化物的键合特征及性质 149

4.2 结构特点 152

4.2.1 长程有序 152

4.2.2 原子堆垛和密堆结构 156

4.2.3 晶体结构转变 159

4.3 晶体结构的研究方法 163

4.3.1 X射线实验技术 163

4.3.2 X射线测试晶体结构的方法 163

4.3.3 晶体结构的符号表示方法 165

4.4 硅化物典型晶体结构 166

4.4.1 立方结构硅化物 168

4.4.2 六方结构 170

4.4.3 四方结构 171

4.4.4 A15结构 173

4.4.5 复杂结构 175

4.5 金属硅化物中的结构缺陷 179

4.5.1 点缺陷 180

4.5.2 硅化物中的线缺陷 181

4.5.3 硅化物中的面缺陷 192

参考文献 199

5 金属硅化物的合成与制备 207

5.1 电弧熔炼技术 207

5.1.1 原理 207

5.1.2 电弧熔炼制备金属硅化物的应用 208

5.2 激光熔融技术 212

5.2.1 原理 212

5.2.2 激光熔融制备金属硅化物的应用 212

5.3 机械合金化技术 214

5.3.1 原理 214

5.3.2 机械合金化制备金属硅化物应用 217

5.4 自蔓延高温合成技术 221

5.4.1 原理 221

5.4.2 自蔓延高温合成技术制备金属硅化物 224

5.4.3 新型自蔓延高温合成技术 226

5.5 粉末冶金技术 229

5.5.1 无压烧结 229

5.5.2 热压烧结法 230

5.5.3 热等静压烧结法 231

5.5.4 放电等离子烧结 232

5.6 固态置换反应 234

5.6.1 原理 234

5.6.2 固态置换反应制备金属硅化物材料 235

5.7 熔盐反应技术 237

5.7.1 原理 237

5.7.2 熔盐反应技术制备金属硅化物材料 237

5.8 金属硅化物薄膜制备技术 239

5.8.1 物理气相沉积 240

5.8.2 化学气相沉积 245

5.8.3 分子束外延生长技术 247

5.9 金属硅化物单晶的合成与制备 251

5.9.1 悬浮区熔法 251

5.9.2 化学气相输运法 253

参考文献 258

6 金属硅化物的力学性能 269

6.1 硅化物的塑性变形行为 269

6.1.1 滑移 269

6.1.2 孪生 272

6.1.3 单晶硅化物的塑性变形行为 273

6.1.4 多晶硅化物的塑性变形行为 281

6.2 硅化物的蠕变行为 284

6.2.1 硅化物蠕变的研究方法 284

6.2.2 硅化物的蠕变行为 285

6.3 硅化物的断裂行为 291

6.3.1 硅化物断裂的研究方法 291

6.3.2 硅化物的断裂行为及其机理 294

6.3.3 硅化物断裂韧性的影响因素 302

6.4 硅化物的强韧化 307

6.4.1 硅化物的强韧化机制 307

6.4.2 硅化物的合金强韧化 309

6.4.3 硅化物的复合强韧化 314

参考文献 327

7 硅化物的氧化 334

7.1 概述 334

7.2 氧化热力学 334

7.2.1 热力学基本原理 334

7.2.2 硅化物氧化反应的△Gθ-T图 335

7.3 氧化动力学 337

7.3.1 氧化动力学测量方法 337

7.3.2 氧化动力学规律 338

7.3.3 氧化动力学影响因素 339

7.3.4 氧化膜的完整性质 342

7.3.5 硅化物氧化现象及机理 343

7.4 A3B型硅化物的氧化 345

7.4.1 Mo3Si的氧化 345

7.4.2 Fe3Si的氧化 346

7.4.3 Cr3Si的氧化 349

7.5 AB3型硅化物的氧化 350

7.5.1 MoSi2及其复合材料的低温氧化行为 350

7.5.2 MoSi2及其复合材料的高温氧化行为 358

7.6 M5Si3型硅化物的氧化 364

7.6.1 Mo5Si3的氧化 365

7.6.2 V5Si3的氧化 369

7.6.3 Nb5Si3的氧化 370

7.7 提高硅化物抗氧化性能的途径 372

7.7.1 改进制备工艺 372

7.7.2 合金化 373

7.7.3 涂层的保护 373

参考文献 374

8 硅化物高温涂层 378

8.1 发展历史 378

8.2 高温涂层的分类 379

8.3 硅化物高温涂层的设计 381

8.3.1 高温涂层的成分设计 381

8.3.2 高温涂层的结构设计 382

8.3.3 高温涂层的工艺设计 385

8.4 硅化物涂层制备方法 386

8.4.1 热喷涂法 386

8.4.2 化学气相沉积法 389

8.4.3 粉末包渗法 391

8.4.4 料浆烧结法 393

8.4.5 熔盐法 397

8.4.6 激光熔覆法 398

8.4.7 等离子喷涂法 399

8.4.8 其他方法 402

8.5 硅化物涂层性能评价 403

8.5.1 涂层结合强度 403

8.5.2 涂层的静态抗氧化性 405

8.5.3 涂层的抗热震性 406

8.5.4 硅化物涂层的残余应力 409

8.5.5 涂层表面粗糙度的检测 410

8.5.6 其他性能评价 411

8.6 硅化物高温涂层的工程应用 412

8.6.1 钼基合金上的硅化物涂层 412

8.6.2 铌基合金上的硅化物涂层 413

8.6.3 镍基合金基体上的硅化物涂层 415

8.6.4 钛合金基体上的硅化物涂层 416

8.6.5 钽合金基体上的硅化物涂层 417

8.6.6 钨合金基体上的硅化物涂层 417

8.6.7 其他基体上的硅化物涂层 418

8.7 硅化物高温涂层的失效 420

8.7.1 高温氧化失效 420

8.7.2 热震失效 424

8.7.3 热腐蚀失效 427

8.7.4 其他形式的失效 428

参考文献 429

9 硅化物基功能材料 434

9.1 金属硅化物超导材料 434

9.1.1 超导现象 434

9.1.2 超导体的性能及其评价方法 436

9.1.3 二元硅化物超导材料 438

9.1.4 三元硅化物超导材料 440

9.2 硅化物基热电材料 443

9.2.1 热电现象 443

9.2.2 热电材料简介 444

9.2.3 材料热电性能及其测量方法 444

9.2.4 热电材料制备及发展 445

9.2.5 碱土金属硅化物热电材料 447

9.2.6 过渡族金属硅化物热电材料 448

9.3 硅化物基微电子材料 452

9.3.1 微电子材料简介 453

9.3.2 导电薄膜 453

9.3.3 硅化物基微电子材料与器件性能表征 454

9.3.4 硅化物基微电子材料 455

9.3.5 金属硅化物微电子材料的发展前景 459

9.4 硅化物基红外元件材料 460

9.4.1 红外材料简介 460

9.4.2 金属硅化物基红外材料 460

9.5 硅化物基磁性材料 462

9.5.1 磁性材料表征 462

9.5.2 磁性材料的分类 463

9.5.3 金属软磁材料 463

9.5.4 硅化物基磁性材料 464

9.6 硅化物电热功能材料 467

9.6.1 电热功能材料简介 467

9.6.2 电热功能材料性能的表征与测试方法 468

9.6.3 金属硅化物基电热材料 468

9.6.4 提高MoSi2电热性能的方法 470

9.6.5 硅化物电热材料的发展前景 472

参考文献 473

主要英文缩写及中文说明 480