表1.1 常见金属间化合物性能表

高温是大多数金属的弱点，金属在高温下会失去它原有的高强度，变得“不堪一击”。高温材料在航空航天领域有大量应用，也是制约航空发展的最主要难题。随着航空航天技术的不断发展，对高温结构材料工作温度和高温性能的要求在不断提高"。降低高温结构合金的密度，提高其服役温度，是未来高温合金的发展方向。目前常用的高温合金主要为铁基高温合金、钴基高温合金和镍基高温合金，其中铁基高温合金是基于耐热不锈钢开发出的，是开发最早牌号最为齐全的高温合金。高温对于金属间化合物来说，不存在“不堪一击”的问题。在七八百摄氏度的高温情况下，大多数金属间化合物反而拥有更高的硬度。所以说，在高温条件下才能显现其英雄本色。金属间化合物为何具有的这种特殊的性能，主要和它内部的原子结构有关。在它以细小颗粒状形式存在于金属或者合金的组织中时，将会使金属或者合金的整体强度提高，尤其是在一定温度范围内，合金的强度随温度升高而增强，这使金属间化合物组成的材料在高温结构应用方面具有非常大的潜在优势[1]。

以铝化物和硅化物为基的金属间化合物，具有比模量、比强度高，抗氧化、抗腐蚀性能优异的特点，可以在更高的温度和恶劣的环境下工作。在结构材料领域人们研究较多的是Ti-A1系、Ni-Al系和Fe-Al系金属间化合物。Ti-A1系金属间化合物是潜在的航空航天材料，在国外已开始应用于军事领域。Ni-A1系金属间化合物是研究较早的一类材料，研究比较深入，取得了许多成果，也有一些实际应用。Fe-A1系金属间化合物与以上两类相比，除具有高强度、耐腐蚀等优点外，还具有低成本和低密度等优点，因此具有广泛的应用前景。Ni-Al金属间化合物中有Ni3Al和NiAl两种化合物，Ni3Al的熔点是1400℃，NiAl的熔点是1640℃。与传统的Ni基高温合金相比，具有一定的优势。以前影响Ni-Al化合物的主要障碍是其室温塑性低，呈晶间脆断的特征。自从发现B微合金化能大幅提高Ni3Al的塑性以后，以及围绕这一现象建立的环境致脆机理，目前Ni3Al合金的室温延伸率可提高35%，基本满足工业应用的要求。Fe-Al金属间化合物中最受关注的主要是Fe3Al与FeAl合金，金属间化合物的研究始于20世纪30年代，经历几次研究热潮，在70年代末取得突破，到80年代，Fe-Al合金作为一类结构材料面向应用得到广泛研究，到90年代研究人员进一步发现水汽是导致Fe-A1合金室温脆性的根本原因，然后人们对Fe-A1合金的反常屈服行为、室温脆性、合金成分的理论设计，微合金化对Fe3Al性能的影响，Fe3Al合金的制备工艺等方面都进行了较全面的研究。钛铝合金由于具有质量轻、强度高、耐腐蚀、抗氧化的优点，一直是航空、航天和车辆发动机耐热材料研究热点。它的特点决定了它的发展前景，如密度小、熔点高、高温性能好等都具有极诱人的应用前景。TiAl作为一种新型高温结构材料,近年来已引起了人们的极大兴趣[2]。钛合金具有抗腐蚀能力强、强度高、密度低、中温性能稳定等优点，是高性能航空发动机风扇、压气机轮盘、叶片等重要部件的主选材料。TiAl由于高温蠕变性能好和密度低(相当于高温合金密度的50%),是理想的高温结构材料[3,4]。TiAl合金的密度为3.7-3.9g/cm3,熔点较高所以使用温度可高达1000℃。其晶体结构为面心四方结构，属于稍微变形的面心立方体，侧面的中心位置被四个铝原子占据，由于TiAl合金的晶体对称性低，滑移系比较少，除此之外共价键电子数在总价电子数中所占比例较大,大约占总数3成左右，因此室温时呈脆性，即使是单晶TiAl合金也很脆。试验研究表明。加入合金元素可以明显改善其室温脆性（如Mn、V、Cr、Nb等），拉伸延伸率可高达3%左右[5]。随着温度的升高，钛合金的氧化将成为主要的研究问题。钛铝合金发展历史见表1.2: