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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