本文系统地研究了不同碳含量(37ppm，280ppm，660ppm，790ppm，1000ppm，1200ppm)及含碳～700ppm时不同硼含量(50ppm，70ppm，210ppm)对EX9高温合金组织和力学性能的影响，并在此基础上，利用高温度梯度液态金属冷却(LMC)定向凝固技术制备了含碳、硼的大尺寸单晶和双晶铸件。研究表明：　　 碳、硼对合金铸态组织中的共晶体积分数均有显著影响。随碳含量增加，γ/γ'共晶体积分数减少，而硼则明显提高铸态合金中的共晶体积分数。　　 EX9合金铸态时主要存在块状和骨架状的碳化物，均为富钛和钽的MC型碳化物。在碳含量为280ppm的合金中，主要存在块状的碳化物，当碳含量增加到660ppm时，骨架状碳化物出现，而且随碳含量增加，碳化物数量显著增加。含碳合金在固溶处理后，合金中的碳化物溶解，与以往观察到的高温合金中碳化物的溶解不同，合金中碳化物溶解后表面观察到许多分布均匀的小立方体凸起。不含硼的EX9合金，在热处理后析出富钛和钽的二次MC型碳化物，但研究发现，硼的添加抑制了热处理后合金中二次碳化物的析出。　　 在含碳～700ppm的合金中添加硼，无论在铸态还是热处理态，碳化物均明显富集硼元素。当硼含量增加到210ppm时，层片状的硼化物在铸态组织的共晶前沿形成，对比硼化物与碳化物形貌和成分，发现合金中硼化物表面不平整，棱角不分明，固溶处理15min即可使硼化物分解完毕。固溶处理后，合金的碳化物周围出现大量γ'包层，但没有伴随高温合金中常见的碳化物分解反应。本文结合硼在碳化物上的富集与能量关系以及其它γ'形成元素的分布解释了这种新现象。　　 随着碳含量的增加，合金的横向持久寿命持续提高。发现碳对横向持久寿命的有益作用，在低温高应力下比高温低应力时更加明显。含碳合金的横向持久断口均为沿晶断裂。少量碳(280ppm)使合金室温横向断裂强度略有降低，进一步增加碳含量，影响不显著；不含碳的合金室温拉伸断口为典型的穿晶断裂，而含碳合金则呈现沿晶断裂的特征。在高温(980℃和870℃)下，少量碳(280ppm)使合金的横向断裂强度显著提高，进一步增加碳含量，横向断裂强度稍有提高；随着碳含量增加，高温横向拉伸塑性有提高的趋势，高温横向拉伸断口均呈现沿晶断裂的特征。　　 碳含量为700ppm左右时，当合金中添加少量硼(50ppm)时，合金的横向持久寿命显著增加。进一步增加硼至210ppm尽管会提高合金在980℃时的持久寿命，但会使870℃下的持久寿命降低。当仅有50ppm硼加入合金时，合金的室温横向拉伸断裂强度和塑性显著增加，但进一步增加硼含量并不能显著影响合金的室温横向断裂强度和塑性。硼含量增加至70ppm，合金的870℃横向拉伸断裂强度不断增加。过多的硼(210ppm)尽管可显著提高拉伸塑性，但会使合金在此温度下的横向拉伸断裂强度降低。随着硼含量的增加，870℃横向拉伸断口从沿晶断裂转变为穿晶断裂，表明在含硼合金里，晶界得到了强化。分析认为，除以往发现的多种硼元素的晶界强化机理外，硼还通过促进塑性γ'包层的生成强化了合金。　　 在上述工作基础上，利用高温度梯度液态金属冷却(LMC)定向凝固技术及含优化微量元素的单晶合金，成功试制了大尺寸单晶和双晶铸件(220mm×67mm×15mm)。研究发现尽管LMC工艺的温度梯度较高，但在大尺寸单晶铸件里仍然存在6°-10°的小角度晶界，这些缺陷对单晶合金的持久性能不利。含碳、硼的单晶合金可以明显改善大尺寸单晶铸件的横向持久性能，同时，对大尺寸双晶铸件的持久性能测试也进一步证明了碳硼的强化作用。　　 本文的工作表明：从工艺和合金两方面入手，利用LMC技术和优化的单晶合金(含微量元素)，可以铸造出对单晶常见缺陷-小角度晶界具有较好承受能力的大尺寸单晶铸件，这为促进大尺寸单晶叶片的国产化，提高成品率，推动其在先进重型工业燃机中的工程化应用奠定了理论与实验基础。