明矾单晶的研究

第一篇：明矾单晶的研究

明矾单晶、硫酸铜单晶研究成果

我们是一家专门研制各种单晶的专业机构，在1986年我机构已成功生长出完全透明的正八面体明矾单晶并成功推广到全国各大、中院校，用于教学观摩，并得到一致好评，清华大学，上海交通大学特来信给予高度评价。

目前我机构正在研制硫酸铜单晶体，技术已趋成熟，根据目前获得的硫酸铜单晶体实物我们可以初步肯定，硫酸铜单晶体为蓝．．．．．．．．色，透明的长方体。．．．．．．．．．

现将明矾单晶体实物通过照片形式与大家分享。

第二篇：替代明矾的研究

以淀粉为主料，采用食品级海藻酸钠和无水氯化钙来替代明矾作为添加剂，以保证粉条的可加工性和韧性；高钙营养粉条可采用现有的加工方法加工。

本发明摒弃了传统工艺中必须采用的明矾，以纯天然的食品添加剂作为替代品，同时加入了人体易吸收钙，使粉条成为一种具有营养保健功能的大众食品。

添加办法：

高钙营养粉条，其特征是以淀粉为主料，采用食品级海藻酸钠和无水氯化钙来替代明矾作为添加剂，以保证粉条的可加工性和韧性；按重量单位“份”计的配方为：淀粉：100份，水：100-120份，海藻酸钠（400-500粘度）：1-3份，无水氯化钙：0.1-1份。含海藻的粉条是一种含海藻类（海藻酸钠）的粉条，其特点是将海藻酸钠和淀粉按一定的比例混合、蒸熟、干燥，最后切割成所要求的粉丝和粉条制品。本

制品含有丰富的人体所必需的微量元素，特别是含有较多的碘和钙，对预防和治疗甲状腺、缺碘等疾病均有功效，是一种口味鲜美、食用和贮存方便、老少皆宜的营养价值较高的保健食品。

红薯粉条加工疑难解决办法红薯粉条加工中常出现“断条”、“起沫”、“白条糠心”和“并条”，其原因解决如下：

一、断条，具体原因有： 1.淀粉质量差，甚至发霉，失去原淀粉应有的糊性，尤其用劣质淀粉打芡更易断条，2.和面后面团放置时间过长，使面团温度降低，芡逐渐老化，影响面团的延展性即“走芡”。解决办法：

1.绝对不应用劣质淀粉打芡。

2.若因面团水分大，含芡量低，可用锅打一部分含水量低的芡兑入，若面团水份量太大，适当加些干淀粉，再经试验正常后再继续漏粉。明智的消费者绝不应因为某种食品标记“无糖”，就放纵自己吃掉这些本来营养价值不高的食物和饮料。有些无糖食品如无糖牛奶等，其原料来源于动物性食品，糖类含量低，一般不会造成血糖的上升，可按一定的量摄入。追求低糖时尚的健康人，没有必要一味选择无糖食品，平时生活中注意别吃太多甜食就行了。

3.在连续漏粉中，除做好面团保温外，可以另一缸和好的面团中，取部分含水量高的面团重新揣好。

4.为防止走芡可在和好的面团中取八至十分之一，上敷少量温水，放置保温处，当出现走芡时马上兑入揣好。

5.若走芡不重，可以盆中取少量（1.5公斤左右）面团，在漏粉的开水锅里蘸一下，放回走芡盆里，这样连做几次，再重新揣和均匀，经试验正常后再漏，这叫增芡。6.打芡时可适当加入些食盐，与海藻酸钠0.3%-0.5%一起用热水融化，食盐0.5%-1.0%，粗粉取低值，细粉取高值，细粉取高值可以增加面团的延展性。

7.添加增韧剂，海藻酸钠0.3%-0.5%

二、起沫：主要原因是漏粉时水温较低，粉条不能及时变熟成型导致半糊状起沫，尤其是淀粉质量差的更易起沫。解决办法：选好淀粉适当提高水温使淀粉快出锅，如起沫可暂时停漏粉，用笊篱捞出起沫及所带杂质，加少量消沫剂使泡沫较快消失。

三、白条发糠：即在冷冻和晾晒中出现部分变白发糠和运输贮藏中易碎的现象。主要原因淀粉质量太差，含杂质面团未经抽空密度小，韧性差，冷冻时不适当或冷冻过急，或捞粉池中加麦芽粉过多，影响了老化程度。

解决办法： 1.对质量差的淀粉净化处理。2.封严冷冻室，冷冻不可急。3.老粉池中麦芽粉不可太多。

4.打芡时可视淀粉情况加海藻酸钠，用量为0.3%-0.5%

四、并条：原因是面团含芡量少，含水量多，冷却和老粉池内水温偏高，麦芽粉加的量偏少，导致不能除净煮好的已成型粉条的外围稀淀粉糊，而使这些稀糊互相“结合”。解决办法：掌握好芡面经和水料比，在老粉池内加入水量万分之三的麦芽粉。

第三篇：明矾

明 矾(《本经》)

明矾为明矾石的提炼品。主产于安徽、湖北、浙江、福建等地。原矿物为碱性长石受低温硫酸盐溶液的作用变质而成，多产于火山岩中。味酸，性寒。归肺、肝、脾、胃、大肠经。功效解毒杀虫、燥湿止痒、止血止泻、清热消痰。临床用名有明矾、白矾、苦矾、煅明矾。

【本草汇言】

《神农本草经》：味酸，寒。主治寒热，泄痢，白沃，阴蚀，恶疮，目痛，坚骨齿。《日华子本草》：性凉，除风去劳，消痰，止渴，暖水藏，治中风失音，疥癣，和桃仁葱汤浴，可出汗。

《开宝本草》：味酸，寒，无毒。除固热在骨髓，去鼻中息肉。歧伯云：久服伤人骨。《汤液本草》：气寒，味酸，无毒。

《本草》云：主寒热泄泻下痢，白沃，阴蚀恶疮。消痰止渴，除痼热。治咽喉闭，目痛。坚骨齿。

《药性论》云：使，有小毒。生含咽津，治急喉痹。《本草经疏》：矾石味酸，气寒而无毒，其性燥急，收涩解毒，除热坠浊。盖寒热泄痢，皆湿热所为，妇人白沃，多由虚脱，涩以止脱故也。阴蚀恶疮，亦缘湿火，目痛多由风热，除固热在骨髓，坚齿者，髓为热所劫则空，故骨痿而齿浮，矾性入骨除热，故亦主之。去鼻中息肉者，消毒除热燥湿之功也。

简误：白矾，《本经》主寒热泄痢，此盖指泄痢久不止，虚脱滑泄，因发寒热，矾性过涩，涩以止脱，故能主之。假令湿热方炽，积滞正多，误用收涩，为害不一，慎之！妇人白沃，多由虚脱，故用收涩以固其标，终非探本之治。除固热在骨髓，仅可资其引导，若谓其独用，反有损也。矾性燥急而能劫水，故不利齿骨，齿者骨之余故也。岐伯云：久服伤人骨。故凡阴虚内热，火炽水涸，发为咽喉痛者，不宜含此。目痛由阴虚血热者，亦不宜用劫水损骨之药。

《本草蒙筌》：治病证多能，生煅随重轻应变。去肉鼻窍中，除痼热骨髓内。劫喉痹，止目痛，禁便泻，塞齿疼。洗脱肛涩肠，敷脓疮收水。稀涎散同皂荚研服，吐风痰通窍神方。蜡矾丸和蜜蜡丸吞，平痈肿护膜要剂。久服损心肺伤骨，为医亦不可不防。

《药性解》：味酸，性寒，无毒，入肺、肝二经。主寒热泄痢，白沃阴蚀，诸恶疮癣。清喉痹，除目痛，祛固热，禁泄泻，收脱肛。同皂荚，可吐风痰；和蜜蜡，能消痈肿。光明如水晶者佳。甘草为使，恶牡蛎，畏麻黄。

按：矾石西方之色，宜入肺家；东方之味，宜归肝部。肺肝得令，而寒热诸证可无虞矣。然亦收敛之剂，弗宜骤用。

《本草备要》：涩，燥湿坠痰。

酸咸而寒，性涩而收。燥湿退涎，化痰坠浊，解毒生津，除风杀虫，止血定痛，通大小便。蚀恶肉，生好肉，除痼热在骨髓。髓为热所劫则空，故骨痿而齿浮。治惊痫黄疸，血痛喉痹，齿痛风眼，鼻中息肉，崩带脱肛，阴蚀阴挺，阴肉挺出，肝经之火。疔肿痈疽，瘰疬疥癣，虎犬蛇虫咬伤。时珍曰：能吐风热痰涎，取其酸苦涌泄也；治诸血痛阴挺脱肛疮疡，取其酸涩而收也；治风眼痰饮泄痢崩带，取其收而澡湿也；治喉痹痈蛊蛇伤，取其解毒也。多服损心肺伤骨。寇宗奭曰：劫水故也。书纸上，水不能濡，故知其性劫水也。李迅曰：凡发背，当服蜡矾丸以护膜，防毒气内攻，矾一两，黄蜡七钱，溶化和丸，每服十丸，渐加至二十丸，日服百丸则有力。此药护膜托里、解毒化脓之功甚大，以白矾、芽茶捣末冷水服，解一切毒。甘草为使，畏麻黄，恶牡蛎。生用解毒，煅用生肌。

《本经逢原》：酸涩微寒，无毒。生者多食，破人心肺。

白矾专收湿热，固虚脱，故《本经》主寒热泄利，盖指利久不止，虚脱滑泄，因发寒热而言。其治白沃阴蚀恶疮，专取涤垢之用。用以洗之则治目痛，漱之则即坚骨齿。弘景曰：《经》云坚骨齿，诚为可疑，以其性专入骨，多用则损齿，少用则坚齿，齿乃骨之余也。为末，去鼻中肉。其治气分之痰湿痈肿最捷，侯氏黑散用之，使药积腹中，以助悠久之功，故蜡矾丸以之为君。有人遍身生疮如蛇头，服此而愈。甄权生含咽津，治急喉痹，皆取其去秽之功也。若湿热方炽，积滞正多，误用收涩，为害不一。岐伯言久服伤人滑。凡阴虚咽痛，误认喉风；阴冷腹痛，误认臭毒，而用矾石，必殆。

《本草崇原》：矾石以水煎石而成，光亮体重，酸寒而涩，是禀水石之专精，能肃清其秽浊。主治寒热泄痢白沃者，谓或因于寒，或因于热，而为泄痢白沃之证。矾石清涤肠胃，故可治也。阴蚀恶疮者，言阴盛生虫，肌肉如蚀，而为恶疮之证，矾石酸涩杀虫，故可治也。以水煎石，其色光明，其性本寒，故治目痛。以水煎石，凝结成矾，其质如石，故坚骨齿。

《本草求真》：［批］逐热痰，下泄上涌。

白矾专入脾。气味酸寒，则其清热收热可知。何书又言燥痰，若于寒字相悖；书言能治风痰，若于收字涩字相殊，不知书之所云能燥痰者，非其气味温热，而可以燥而即化，实以收其燥湿初起，使之下坠，不使留滞而不解也。泄即是收。且其酸而兼咸，则收涩之中，尚有追涎逐降之力，非即不燥之燥乎。所谓能治风痰者，其酸苦涌泄，兼因风邪初客，合的皂类等味研服，则能使之上涌，岂其风热历久，深入不解，即可以上涌乎。是以风痰泄痢崩带，用此以收即愈；收。诸血脱肛阴挺，肝火。崩带风眼，痰饮疮疡，用此以涩即效；涩。喉痹痈疽、蛇伤蛊毒。用此酸寒以解即除。酸。治虽有四，然总取其酸涩寒咸为功，以为逐热去涎之味，但暂用则可，久服则于精血有损。宗奭曰：损心肺却水故也。水化书纸上，干则水不能濡，故知其性却水，李迅《痈疽方》云：凡人病痈疽发背，不问老少，皆宜服黄矾丸，服至一两以上，无不作效，最止疼痛，不动脏腑，活人不可胜数。用明亮白矾一两，生研，以好黄蜡七钱溶化，和丸梧子大，每服十丸，渐加至二十丸，热水送下。如未破则内消，已破即便合。如服金石发疮，以白矾末酒服即效。古言服损心肺伤骨，义根于是，岂正本求源之治欤。

《得配本草》：矾石即白明矾，甘草为之使。畏麻黄，恶牡蛎。

酸、咸，涩，入肝肺二经。燥湿，解毒，杀虫坠浊，追涎化痰，除风去热，止血定痛。蚀恶肉，生好肉，险痼热在骨髓。治惊痫喉痹、风眼齿痛、鼻中息肉、脱肛漏下、阴挺阴蚀、疔毒恶疮、瘰疬疥癣、虎犬蛇虫咬伤。

得肉桂，治木舌肿强；得皂角末，吐中风痰厥；得甘草，水磨，洗目赤肿痛；得朱砂，敷小儿鹅口；得铜绿，泡水，洗烂弦风眼；得蓖麻仁、盐梅肉、麝香，杵丸，绵裹，塞鼻中息肉；得细茶叶五钱，生白矾一两，蜜为丸如梧子大，治风痰痫病。一岁十丸。配黄丹，搽口舌生疮；配好黄蜡，溶化为丸，治毒气内攻，护膜止泻，托里化脓；配盐，搽牙关紧急，并点悬壅垂长；配牡蛎粉，酒下，治男妇遗尿；配黄蜡、陈橘皮，治妇人黄疸。如经水不调，或房事解犯致此疾者，用调经汤下。研生白矾，吹喉痹肿闭；蘸石榴皮，擦皮癣。

怪症：遍身生疮，状如蛇头，此热毒郁于内，寒气包于外，久之从皮肉攻出，故外形如此。用蜡矾丸服之自愈。

《神农本草经百种录》：味酸，寒。矾石味涩，而云酸者，盖五味中无涩，涩即酸之变味，涩味收敛，亦与酸同，如五色中之紫，即红之变色也。主寒热，寒热为肝经之疾，酸能收敛肝气。泄痢白沃，亦收涩之功。阴蚀恶疮，味烈性寒，故能杀湿热之虫，除湿热之毒。目痛，制火精金。坚骨齿。敛气固精。炼饵服之，轻身不老增年。

此以味为治，矾石之味最烈，而独成一味，故其功皆在于味。《本草分经》：酸、咸，寒，性涩而收。燥湿涌涎，化痰除风，止血，通二便，杀虫，除痼热在骨髓。生用解毒。多服损心、肺，伤骨。

【现代药理研究】

1.白矾有广谱抗菌作用。

2.白矾具有明显的利胆作用，能增加胆汁流量。

3.白矾具有降低高脂大鼠血清胆固醇、甘油三酯的含量。4.白矾具有抗癫痫作用。

5.白矾对乙型肝炎表面抗原有抑制作用。

第四篇：明矾 化学物质 中学

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（一）——明矾

明矾白晶而透明，质硬且脆溶于水，收敛止痒疗湿疹，燥湿祛痰疗癫疸。

[来源] 为三力晶系明矾石Alunite或铝矿石经加工提炼而成的结晶体。

[产地] 湖北、安徽、浙江、福建、甘肃等地。

[采收] 采得明矾石后打碎，用水溶解，收集溶液，蒸发浓缩，放冷后即析出结晶物。

[药材形性] 为不规则的结晶体，大小不一。无色透明或半透明，表面略平滑，或凹凸不平，具细密纵棱，有玻璃样光泽，质硬而脆易砸碎，易溶于水或甘油内，不溶于酒精，水溶液显铝盐、钾盐、硫酸盐的各种反应。气微，味微甜而涩。以白色，透明，质硬而脆无杂质者为佳。

[炮制] 白矾用时捣碎或研粉末。

煅明矾（枯矾）将明矾置锅内加热熔化，如水沸腾，逐渐起大泡转呈玉白色，水分蒸发干枯呈粉白色时，铲出冷却，即煅明矾，煅制后体质疏松，增强收涩作用，便于外科制散。

[成分] 本品为硫酸铝钾，硷性硫酸铝钾。

[性味、归经] 酸涩寒，人肺、肝、大肠经。

[功用] 解毒杀虫、收湿止痒，燥湿祛痰。用于疮痈肿毒、湿疹、疥癣、口舌生疮、耳内流脓、喉痹、癫痫、风痰壅盛，久泻便血、白带黄疸、崩漏、痔漏等症。

[处方名] 明矾 矾石 枯矾 生矾

[用法、用量] 内服入丸散，每次0．3-1克，外用研末撒布。

[保贮] 放甏内或箱内盖好，置干燥处，防灰尘。

明矾用途：

明矾，又名白矾，是明矾石的提炼品，化学名称叫硫酸钾铝。明矾不只用作化工原料，还可用于净水。明矾性寒味酸涩，具有较强的收敛作用，中医认为明矾具有解毒杀虫，燥湿止痒，止血止泻，清热消痰的功效。此外，明矾还是传统的食品改良剂和膨松剂，常用作油条、粉丝、米粉等食品生产的添加剂。但是由于明矾的化学成份为硫酸铝钾，含有铝离子，所以过量摄入会影响人体对铁、钙等成份的吸收，导致骨质疏松、贫血，甚至影响神经细胞的发育。因此，一些营养专家提出，要尽量少吃含有明矾的食品。

明矾净水作用的实验演示

目的：认识明矾的水解反应和氢氧化铝的吸附性能｡

用品：研钵､蒸发皿､量筒､烧杯､玻璃棒､铁三脚架､石棉网､酒精灯｡ 明矾､蓝色石蕊试纸､泥水､品红溶液｡

原理：明矾[KAl(SO4)2·12H2O]易溶于水，并发生水解反应，溶液呈酸性｡

+3+2-KAl(SO4)2=K +Al + 2SO4

3++Al + 3H2O =Al(OH)3 + 3H

水解生成的氢氧化铝胶体能凝聚水中悬浮物，具有吸附性能｡同理，许多铝盐，如硫酸铝结晶､氯化铝等都是较好的净水剂｡

操作：

1.取20 克明矾晶体在研钵中研细｡将明矾粉末加入盛有50 毫升的烧杯里，稍加热并不断搅拌，加速明矾的溶解和水解反应，用蓝色石蕊试纸检验，试纸变红，溶液呈酸性｡ 2.取两只100 毫升的烧杯盛水50 毫升｡分别加入5 毫升泥水和1 毫升品红溶液，搅拌后各倾入25 毫升明矾溶液，继续搅拌，静置｡水中的泥粒和品红色素被氢氧化铝絮状沉淀凝聚或吸附而沉降到烧杯的底部，上面的溶液则清沏透明｡

其它实验方法：也可用硫酸铝或氯化铝溶液代替明矾溶液｡将上述溶液各5 毫升边搅幼稚儿教育

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QQ：710185199 拌，边加入两只盛有50 毫升水的小烧杯里，再分别加入1 毫升泥水､1 毫升品红溶液｡

明矾可净水的原因：

水中的泥尘被明矾“捉”住以后，一起下沉到缸底了。那么，明矾为什么能“捉”住水中的泥尘呢？这得先从水的混浊的本身谈起。水中那些特别小的泥土和灰尘，由于重量很轻，所以它们不容易沉淀下去，在水中“游荡”，使水变得混浊。另外，这些微小的粒子还有个特点，就是它很喜欢从水中把某种离子拉到自己身边来，或者自己电离出一些离子，从而使自己变成一个带有电荷的粒子，这些带电荷的粒子往往都带有负电荷。因为同性电荷排斥，异性电荷吸引，所以这些都带负电荷的粒子互相排斥而靠不到一起，它们没有机会结成较大的粒子而沉淀下来。明矾却有使这些彼此不能靠近的粒子跑到一起来的奇特本领。，明矾一遇到水，就发生水解反应，在这种反应中，硫酸钾是个配角，硫酸铝是个主角。硫酸铝和水作用后生成白色絮状的沉淀物——氢氧化铝。所生成带有正电荷的氢氧化铝，一碰到带有负电荷的泥尘颗粒，就彼此“抱”在一起。这样，很多粒子聚集在一起，粒子越来越大，终于双双沉于水底，水就变得情澈透明了。

本文转自：中小学教育资源站（http://www.edudown.net）

第五篇：单晶高温合金的变形行为和再结晶研究

单晶高温合金的变形行为和再结晶研究

XXX

北京科技大学材料学院 100083 北京

摘要：本篇文章概述了单晶高温合金（主要是镍基单晶高温合金）的变形行为，尤其是蠕变性能。还有单晶高温合金的再结晶方面的一个总结性结论。关键词：单晶高温合金，变形行为，蠕变，再结晶

The deformation behavior and recrystallization of single

crystal superalloy

WuRihan School of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology

Beijing, 100083, Beijing

Abstract: This article summarizes the deformation behaviour, especially the creep deformation, of the single crystal superalloy.And it also made a summary recrystallization to the recrystallization behavior of the single crystal superalloy.Keywords: single crystal superalloy，deformational behavior，creep deformation，recrystallization 1引言

从80年代初第一代单晶高温合金研制成功以来，单晶合金的发展甚为迅速，第二代、第三代单晶合金相继出现和应用，为航空发动机和地面燃气轮机的性能大幅度提高做出了重大贡献。

镍基单晶高温合金具有优良的高温性能，是目前制造先进航空发动机和燃气轮机叶片的主要材料。为了满足高性能航空发动机的设计需求，多年来，各国十分重视镍基单晶高温合金的研制和开发。

镍基高温合金作为先进发动机叶片的主要用材，其再结晶问题日益受到重视。在生产和服役过程中，由于单晶凝固过程中模壳收缩、机械去除模壳、叶片的研磨校形等过程难以避免会在单晶叶片中引入一定的塑性变形。带有塑性变形的叶片在高温热处理以及实际使用过程中会发生回复和再结晶。由于镍基单晶高温合金中不含或只含有少量的晶界强化元素，再结晶层成为合金性能薄弱的区域，这些区域将对叶片的高温性能造成不利的影响，甚至会导致整个叶片在极短的时间发生失效断裂。因此需严格控制再结晶的发生。所以了解单晶高温合金的变形行为和再结晶是很重要的。

2正文

2.1单晶高温合金

单晶高温合金具有优良的高温性能，是目前制造先进航空发动机和燃气轮机叶片的主要材料。为了满足高性能航空发动机的设计需求，多年来，各国十分重视镍基单晶高温合金的研制和开发。

到目前为止，单晶合金已发展了5代。根据可靠的文献提供，单晶高温合金成分的发展有以下特点：

1)C, B, H从“完全去除”转为“限量使用”。这几种元素历来被看作是晶界强化元素，而且使合金初熔温度降低。由于单晶合金没有晶界，又要求具有宽的热处理窗口，故在最初发展的商用单晶合金(如PW A 1480, CM SX10合金(含6 %的Cr)的相当，还优于含9%的Cr的DSMAR-M 002合金。这是由于合金中Ta, Re的含量较高(Ta+ Re≈15%)。Cr的含量降低，就允许加入更多其他的合金化元素，从而保持组织稳定，这无疑对合金性能的提高极为有利。

4)稀土元素和Ru, Ir的应用。在第2、3代单晶合金中，有许多添加了Y, La, Ce等稀土元素。Y的加入(>200*10-6)可以明显改善单晶合金的抗氧化性能，而且对热疲劳性能也有好处。俄罗斯的二36合金不含Ta只含2%的Re但其持久强度却达到第2代单晶合金的水平，原因之一是加入了稀土元素。另外，值得注意的是，在发展第2、3代单晶合金中，试用了1种非常特殊的元素Ru；General Electric和ONERA公司最先对添加Ru的合金进行了合金化实验。通过实验可知，与Re相比，Ru最明显的优势是具有较低的密度和较低的TCP相析出的倾向；添加Ru的单晶高温合金表现出优异的高温蠕变性能。

镍基单晶高温合金是高度复杂化的合金，通常含有6~10个合金化元素。在显微组织正常的镍基高温合金中，主要是γ相和γ’相，还有几种相是在合金的服役过程中析出的。下面简单介绍下这几个相。

1)γ基体。γ基体是通常含有较大数量固溶元素(如Co, Cr, Mo和W)的连续分布的面心立方结构的镍基奥氏体相。尽管Ni不具有高的弹性模量和低的扩散率，但γ相基体非常适用于在最苛刻的温度条件下工作的燃气涡轮发动机。有些合金能在0.9Tm(熔点)温度下使用，且在较低温度下的使用时间可达100000h,其基本原因在于:Ni的第3电子层基本饱和，在合金化时容量大，相的稳定性很高；当加入Cr后，形成富Cr203的具有低的阳离子空位的保护层，从而降低了金属元素向外扩散的速率以及0,N,S和其他腐蚀气体向内的扩散速率;在高温下形成富Al203保护层，具有良好的抗氧化性。

2)γ’相。γ’相是1种以Ni3A1为基的金属间化合物，与基体一样都是面心立方结构，且2相的点阵常数相差很小，γ’相总是在γ基体上共格析出，是镍基高温合金中最重

要的强化相。

3)碳化物相。在以前的镍基单晶高温合金中，一般不含有碳化物相。但随着合金成分的不断发展，少量C的添加使单晶高温合金中出现了碳化物。碳化物的反应会影响合金基体的组织稳定性。镍基单晶高温合金中可能出现的碳化物类型有MC,M6C和M23C6。根据形成条件，又可分成初生碳化物和次生碳化物，即合金凝固时形成的和固态析出的2种。但是，与多晶合金和定向凝固合金相比，镍基单晶合金碳化物的含量是非常低的。

4)TCP相。某些成分控制不当的合金在热处理或服役时会产生TCP有害相，只有四面体空隙。TCP有害相的特征，是沿着fcc基体的八面体的面以“编篮”网络的形式构成原子密排面。这种相通常呈薄片状，常常在晶界碳化物上形核。在镍基合金中最常见的是σ相和μ相。

σ相属于四方点阵，单位晶胞中有30个原子，最大配位数为15。σ相的成分范围比较宽；在镍基合金里，σ相的成分可认为是(Cr, Mo)x（Ni, Co）y。这里x和y的变化范围很大，一般为1~7。σ相非常硬，呈片状，是裂纹的重要发源地，也会加速裂纹的扩展，导致低温脆断，就像σ化的铁素体不锈钢一样。σ相的结构与M23C6碳化物的结构相似，如果除去M23C6碳化物中的碳原子，只需稍微调整金属原子的位置就可变成σ相的结构。

μ相属于菱方晶系点阵，结构复杂，单位晶胞有13个原子，典型的分子式为B7A6。B元素指周期表中VⅢ族元素，A元素为V族、VI族元素。在镍基高温合金中，μ相主要由Ni、Co, W和Mo组成。μ相与M6C碳化物有相似的密排关系。μ相通常也呈片状析出，但对它对性能的有害影响知道得还很少。

TCP相的形成主要受电子因素控制，与合金的电子空位数有关。因此，可以通过计算合金中的电子空位数Nv值来预测TCP相的形成。

2.2单晶高温合金的变形行为

镍基单晶高温合金因具有优异的蠕变、疲劳、氧化及腐蚀抗力等综合性能，而被广泛应用于航空发动机和工业燃气轮机的叶片材料。涡轮叶片作为涡轮喷气发动机的心脏部位，在服役过程中，工作温度最高，受力最复杂，最容易损坏，已成为发动机发展的决定因素.为了满足现代航空和航天发动机涡轮叶片承温和承载能力越来越高的要求，必须有效提高合金的综合性能，大力发展新一代涡轮叶片材料为此，一方面需通过从多晶铸造合金、定向结晶合金到单晶合金的转变，逐步消除高温下晶界的弱化作用；另一方面需通过合金化、微合金化以及组织设计大幅度提高合金的性能。

如上所述，镍基单晶高温合金是一种两相复合材料，由基体γ相和以立方结构存在的γ’沉淀相组成，如图1所示。γ’沉淀相均匀镶嵌在软的γ基体相中，是重要的强化相，其体积分数约为70%。镍基单晶高温合金良好的高温力学性能直接来源于γ基体中共格析出的高体积分数的γ’相，其力学性质主要由以下因素决定：

1)γ’沉淀相的形状、尺寸、体积分数以及分布状态。

2)γ/γ’相界面的微观结构、弹性模量差以及晶格错配度。3)第3种溶质元素和杂质的影响，即沉淀强化和固溶强化机制。镍基单晶高温合金是在普通铸造及定向凝固工艺的基础上发展起来的，其特点是无晶界，不存在高温晶界弱化和纵向晶界裂纹等问题.因此，γ/γ’相的界面微结构以及在外载和高温条件下相界面位错结构的演化决定了其力学性能。

图1 镍基单晶高温合金CMSX4微观结构

此外，镍基单晶高温合金有一个引人注意的特征:在高温施加应力的条件下，立方形γ’沉淀相会发生定向粗化形成筏状。2.2.1镍基单晶高温合金的蠕变性能

离心应力导致的蠕变损伤是单晶合金叶片的主要失效机制，因此蠕变强度是反映镍基单晶高温合金高温力学性能的重要指标.由于γ’相是镍基单晶高温合金的主要强化相，γ’颗粒的定向粗化在叶片典型使用条件(120 MPa及1373 K)下仅仅lOh就已经出现，其形态的改变必然会对高温合金性能产生严重影响。2.2.2蠕变过程及驱动力

镍基单晶高温合金的蠕变曲线由蠕变减速、稳态蠕变及蠕变加速3个阶段组成，图2给出了(001)取向镍基单晶高温合金的典型蠕变曲线.叶片在服役过程中主要经过这3阶段的蠕变，最终导致失效。

图2 单晶高温合金的典型蠕变曲线

在施加载荷的瞬间，产生瞬间应变，形变产生的界面位错在合金的γ基体通道中滑移，在蠕变第一阶段，γ’相不发生滑移变形，仅仅发生弹性变形，只有γ基体相发生蠕变变形。随着蠕变的进行，位错数量增加，或运动位错相遇发生反应而增殖，使位错运动阻力增加，致使应变速率降低。同时，由于热激活作用，促使位错滑移，或异号刃位错相遇而消失，使合金产生回复软化。当形变硬化与回复软化达到平衡时，蠕变进入第二阶段，即稳态阶段。此时立方γ’相已完全转变为筏状结构，具有最低应变速率、稳态蠕变期间的变形机制是位错攀移越过筏状γ’相。之后，随着蠕变的进行，大量位错运动至γ/γ’界面，产生应力集中。当应力集中超过一定值时，有位错切入γ’相.随位错切入γ’相数量的增加，γ’相形变抗力减弱，致使应变速率增加，合金蠕变进入第三阶段。在蠕变第三阶段，随应变量的增加，合金中形成微裂纹及微裂纹扩展直至断裂，最终导致单晶高温合金的失效。

从细观结构来看，镍基单晶合金由基体相γ和强化相γ’组成，蠕变前立方体状γ’相以共格方式嵌入γ基体中。在蠕变的初始阶段，伴随着合金γ基体中的位错运动，γ’相首先遵循一定的规律筏化(N型或P型)，在宏观上主要对应于蠕变第一阶段。最小体系自由能分析表明，这是一个能量降低的过程，有利于蠕变强度的提高；蠕变第二阶段在细观层次上筏化结构保持不变，而微观观测表明，位于相界处的有利于提高蠕变强度的三维位错网络逐渐消散，这意味着相界面结合能正在逐渐降低.蠕变的第三阶段表现出解筏和筏结构粗化，同时有一些空穴在材质松疏处、第三相粒子以及相界面上形成，并沿相界面扩展，最终导致断裂。

从以上对镍基单晶合金蠕变过程中微结构演化的分析表明：镍基单晶合金的蠕变性质由3个具有内在联系的微结构演化过程控制：

1)γ基体通道中位错密度增加，位错滑移和位错攀移控制主蠕变阶段，此时γ’相已完成筏化；

2)由于位错的湮灭，基体相中的位错切入γ’沉淀相中；

3)随着大量位错切入γ’相，γ’相形变抗力减弱，致使应变速率增加，表现出解筏和筏结构粗化。从以上分析可知，镍基单晶合金蠕变过程中出现的γ’相筏化、解筏以及粗化过程对应着γ/γ’相界面位错密度的增加、位错网结构的形成以及位错网的破坏过程.因此，镍基单晶合金的蠕变过程不仅是组织形状的演化过程，也是位错网结构的演化过程，与γ’相的定向粗化(筏化)密切相关。2.3单晶高温合金的再结晶 2.3.1再结晶物理过程

单晶叶片制造过程中在某些环节可能出现塑性变形，例如叶片凝固过程产生的热应力、表面吹砂处理、打磨处理等，都有可能导致在叶片中发生形变，而产生残余应力，组织结构方面发生了复杂的变化，一部分能量以点缺陷、位错、层错等方式储存在晶体当中，集中表现为能量的升高，即较之变形前处于不稳定的高自由能阶段，这部分能量，正是之后在热处理中发生回复和再结晶的驱动能。因此，只要当温度较高，原子扩散能力提高时，就会向着低自由能方向转变，这些区域在接下来的热处理过程中可能产生再结晶，图3给出了典型的单晶高温合金叶片的再结晶缺陷。

图3 单晶高温合金叶片再结晶缺陷

已有研究表明，单晶高温合金的再结晶包括回复、再结晶形核和生长、以及由晶界迁移引起的晶粒长大3个阶段，这3个阶段并没有明显的界限，会发生一些重叠。回复过程中，部分应力和储存能得以释放，但该过程对微观组织的影响很小，大部分能量仍然保存下来，然后通过形核和长大形成基本无应变的新晶粒。但由于单晶消除了晶界的影响，因而单晶合金的再结晶与普通变形金属和合金再结晶有着很大的区别，单晶高温合金再结晶需要的温度较高，再结晶区域基本仅限于合金表面。2.3.2影响单晶高温合金再结晶的主要因素

除合金元素对再结晶温度有显著影响外，研究表明，热处理温度、热处理时间、变形程度以及变形工艺等也将影响单晶高温合金的再结晶行为。2.3.2.1合金成分的影响

镍基高温合金通常含有十余种合金元素，成分复杂。不同体系合金表现出不同的再结晶行为。由于镍基高温合金中各元素的复杂交互作用，很难直接确定各元素对合金再结晶行为的影响。截至目前，除合金元素碳外鲜见其他合金元素对再结晶行为影响的直接研究报道。由于碳化物可以在γ’相溶解温度以上稳定存在，所以碳元素对再结晶的影响得到关注。

在含碳0.08%(质量分数，下同)的合金中形成了大尺寸的块状和骨架状碳化物。在经过1.88%压缩变形及固溶处理后，与不含碳合金表现出类似的再结晶行为，合金都发生了再结晶，再结晶晶粒都从表面向内部发展。而且，含碳合金与不含碳合金在固溶处理后都发生了程度相当的再结晶。认为碳化物虽然对再结晶晶界的迁移有一定的抑制作用，但在驱动力足够大时，再结晶晶界仍可绕过碳化物继续迁移。碳化物可以以粒子促进形核的方式形成再结晶核心，但在再结晶晶粒长大过程中，碳化物阻碍再结晶晶界迁移。这种碳化物对再结晶的不同作用可能与合金中碳化物的种类以及变形和热处理条件的不同有关。2.3.2.2退火温度的影响

单晶高温合金中的再结晶与一般金属和合金的再结晶不同。再结晶后形成了新的晶界，且再结晶后合金的性能明显降低。而且已不能简单的定义再结晶完成50%的温度为再结晶温度，对定向凝固和单晶高温合金来说，少量的再结晶即可引发性能的大幅变化。目前针对某类单晶高温合金确定其允许的临界再结晶体积分数仍鲜见到报道，因此，可以认为，出现再结晶的温度即为其再结晶温度。

由于具有共格γ’相的镍基高温合金在温度变化过程中将发生相变，导致退火温度变化时高温合金再结晶晶界及附近的过饱和溶质原子会以不同方式在晶界或晶内重新析出。因此，在γ’相固溶温度以上热处理将形成正常再结晶组织，在γ’相固溶温度以下热处理产生胞状再结晶。

在γ’相固溶温度以下热处理时，如果储存能足够大，将产生胞状再结晶。由于热处理温度较低，大量的γ’粒子仍未溶解，再结晶晶界溶解部分γ’粒子后，晶界上溶质原子的高度过饱和只能通过不连续沉淀的方式析出得以缓和。因此，以下两个条件有利于不连续沉淀(胞状再结晶)的发生：快速的晶界溶质原子传输和缺少可选的γ’粒子形核位置。胞状再结晶的形态特征为：靠近再结晶晶界处为垂直于界面排列的长条状粗大的γ’沉淀，在再结晶中心处为等轴状的γ’粒子。新形成的γ’粒子与再结晶晶粒内的γ’基体仍然保持共格且取向一致。胞状再结晶的驱动力为预加工导致的内在应变能的降低。

在γ’相固溶温度以上热处理时，枝晶干γ’粒子先溶解，再结晶首先在枝晶干产生。由于γ’粒子的溶解，导致γ’粒子对晶界迁移的阻碍较小。因此，晶界上溶解的溶质原子过饱和程度不大，同时温度较高时晶界扩散能力较强，溶质原子可以在再结晶晶界后端充分析出，形成正常的再结晶组织。

同时，对SRR99和AM3单晶高温合金在表面喷丸变形条件下的再结晶深度研究发现，随退火温度的升高，再结晶深度明显增加，表明退火温度对再结晶程度具有显著影响。已有的其他单晶合金的研究也表现出再结晶程度随退火温度的升高而增加的现象。

另外，有研究人员观察到对单晶高温合金进行压缩变形再固溶处理形成了完全再结晶组织。完全再结晶的晶界基本穿越整个试样，形成较大尺寸的新晶粒。这类再结晶将使合金的取向发生大幅度变化，可能出现大范围的性能薄弱区域，使单晶合金的性能陡降，甚至在后续加工过程中即发生失效断裂，在生产应用中应严格避免。2.3.2.3其他因素的影响的影响

除退火温度外，退火时间也对高温合金再结晶行为具有一定的影响。经硬度计压痕变形的CM-SX-4合金在不同温度退火时，再结晶区域的面积均随退火时间的延长而增加。另外，不同变形方式的变形程度不同也将影响其再结晶行为。变形程度越大，越容易发生再结晶。[100]和[110]取向的再结晶区域面积明显不同。因此，晶体取向对单晶高温合金的再结晶也具有一定的影响。

2.3.3再结晶对单晶合金性能的影响 2.3.3.1持久蠕变性能

离心应力导致的蠕变损伤是单晶合金叶片的主要失效机制，因此持久强度是单晶合金的重要性能指标。再结晶对持久性能的影响直接关系着合金使用的安全性。再结晶对合金持久性能影响很大，其原因是再结晶层几乎没有承载能力，出现再结晶就意味着增大应力。再结晶对单晶高温合金的持久性能具有明显的影响，且低温高应力下的持久性能的下降比高温低应力下更加显著。2.3.3.2疲劳性能

疲劳断裂是定向凝固和单晶高温合金叶片的主要失效形式，而表面再结晶层会严重影响定向凝固和单晶高温合金的疲劳性能。表面再结晶层由于含有与主应力相垂直的晶界，往往成为疲劳裂纹源。定向凝固DZ4合金叶片在使用过程中曾发生过多起叶身裂纹故障和断裂故障，经分析发现，DZ4合金叶片叶身裂纹与断裂为同一失效模式，均为叶片表面再结晶导致的疲劳失效。

2.3.4再结晶的抑制和消除

由上述研究结果可知，单晶高温合金的再结晶对合金的力学性能造成极为不利的影响。因此科研人员已开始致力于控制和消除再结晶的研究。目前公开的控制工艺主要可以分为回复处理和表面处理两大类，其中表面处理包括直接去除表面变形层、渗碳和表面涂层等方法。

回复热处理对抑制生产工艺中形成的约2%一5%变形所致的再结晶具有良好的效果。还有研究显示含有晶界强化元素的涂层几乎完全可以抵消胞状再结晶对合金疲劳寿命的影响；同时，表面涂覆含有晶界强化元素的涂层的再结晶试样比涂覆传统涂层的再结晶试样具有更高的疲劳寿命。

3结语

近来，国内具有优异性能的镍基单晶高温合金航空发动机叶片已进入实际应用阶段。而再结晶作为单晶生产使用过程中难以预测的降低其可靠性的主要问题之一，已开始引起人们的重视。尽管目前人们已对单晶高温合金的再结晶有了一定的认识，但研究工作缺乏系统性，仍有许多问题有待解决。对上述问题的深入研究并对单晶高温合金的蠕变性能的研究，将有助于提出有效控制再结晶发生的工艺，提高单晶高温合金零件的成品率，降低成本，增加航空发动机的安全性。

对于本次课程设计的感想有很多。

首先，这是继参加杨平老师的兴趣小组以来第二次写论文，就是方法不一样。不是自己做实验然后写论文，而是阅览各种文献然后自己找出一个线索和框架来展开整篇文章，写起来比较困难。但是在总结概括还有在海量文献中信息提取等方面的能力明显提高了很多。在兴趣小组主要学到的是科研方面实践能力和初次写文章的经验。所以在课程设计写论文时，查文献还有撰写论文方面都比较容易上手了。在阅览海量文献时，先把关于本课题的一些题目范围广一点的文献看一遍，脑子里想好单晶高温合金有什么好写的，我要怎样去写，从几个方面着手等等。然后先把几个可写点找出来，再翻阅一下网页上关于单晶高温合金的哪方面做的研究多，我就多看些哪方面的文章，多写哪方面。

其次，就各个要写的点寻找资料和信息，把需要的都保存起来，这算是资料整理阶段吧。整理好了就知道哪方面资料多、繁，哪方面重复性的信息多，要删减。而且哪些超出理解范围的，都要删掉。还有一个注意到的方面时，文献的日期，感觉这个挺重要的。两个文献在某方面说法有出入，日期久远的那个可能就是有所欠缺的了。这时候每个可写点都有好多的信息和资料了。然后，开始文献阅读，把收集整理好的信息了解，并规划好提纲开始撰写论文。

还有就是论文排版过程，感觉边写边排版会容易一点，因为自己知道文章框架的话可以一步一步展开。最后再看一下字体和段落，还有图片标题什么的问题。在排版方面又得到提高了。

最后，觉得在本次课程设计收获还是很多的。希望在以后的学习生活中能好好应用到这些技能。

4致谢

感谢老师和同学们的帮助，在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学。

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