在单晶叶片铸造过程中,合金中活性元素极易与陶瓷材料发生界面反应,使铸件表面形成粘砂、气孔等表面缺陷,严重影响铸件的表面质量及力学性能。而合金熔体与陶瓷材料的润湿性在很大程度上决定了界面反应的程度,进而影响铸件的表面质量。因此,本文将界面反应与润湿性结合起来,系统研究了高温合金熔体与陶瓷型壳及型芯材料的界面反应规律及微观机理,并深入探讨了合金成分、陶瓷材料成分以及实验气氛等对界面反应及润湿性的影响规律。以一种第二代镍基单晶高温合金作为基体合金,改变合金中Re的含量,采用座滴法研究了 Re含量对高温合金熔体与陶瓷型壳及型芯材料的界面反应及润湿性的影响。研究发现,随着Re含量的增加,体系的润湿角增大。Re含量的增加在一定程度上抑制了高温合金熔体与陶瓷材料之间的界面反应,并对合金熔体与陶瓷型壳的界面反应有更明显的抑制作用。向基体合金中添加不同含量的Y,并以氧化铝基陶瓷型壳材料作为研究对象,研究了活性元素Y对高温合金熔体与铝基型壳的界面反应及润湿性的影响。结果表明,当Y含量小于0.011 wt.%时,Al、Hf与陶瓷型壳中SiO2发生反应生成Al2O3和HfO2,活性元素Y在界面处的吸附会增大体系的润湿性。当Y含量大于0.017 wt.%时,合金中Y与陶瓷型壳发生界面反应,并与合金中的Al产生交互作用。含0.017和0.025 wt.%Y的合金与型壳的主要产物为Y3Al2(AlO4)3,含0.1 wt.%Y的合金与型壳的反应产物为Y3Al5O12和Y4Al2O9,而当Y含量为0.5和1.0Y wt.%时,合金与型壳的反应产物为Y2O3和Y3Al5O12。界面反应的过程为合金中Y、Al先与陶瓷型壳中SiO2发生置换反应生成Y2O3和Al2O3,然后Y2O3再与Al2O3结合形成钇铝酸盐氧化物,而由界面反应产生的单质Si会在冷却过程中与[O]结合形成SiOx。Y与陶瓷型壳的界面反应使得体系的润湿性显著增加。研究了氧化硅基陶瓷型芯与含Y高温合金熔体的界面反应及润湿行为,并讨论了实验气氛对界面反应的影响。研究发现,Y也是影响合金熔体与硅基型芯界面反应的重要因素。在真空条件下,当Y含量小于0.011 wt.%时,Al、Hf与陶瓷型芯发生界面反应,界面处的反应产物为Al2O3和HfO2。而当Y含量大于0.017 wt.%时,Y与陶瓷型芯发生界面反应,并与合金中Al、Ta产生了交互作用。含0.017和0.025 wt.%Y的合金与型芯的反应产物为Al2O3、Y3Al2(AlO4)3和HfO2,含0.1 wt.%Y的合金与型芯的反应产物为YAlO3、Y3Al5O12、Y4Al2O9和HfO2。对于Y含量为0.5和1.0 wt.%的合金,Y、Ta和Hf参与了界面反应,界面处的反应产物主要有Y2O3以及富Ta和Hf的碳化物相。在Ar条件下,合金中Y含量小于0.017 wt.%时,Al与陶瓷型芯发生反应生成Al2O3,而当Y含量大于0.017 wt.%时,Y、Al与陶瓷型芯发生界面反应,Y含量为0.017和0.1 wt.%时,界面反应产物为Y3Al2(AlO4)3和Al2O3;Y含量为0.5 wt.%时,界面反应产物为Y3Al5O12和Y4Al2O9。与真空条件相比,通入惰性气体Ar降低了高温合金熔体与硅基型芯的界面反应程度,并抑制了合金中Hf、Ta与陶瓷型芯的界面反应。在两种气氛条件下,Y与陶瓷型芯的界面反应均使得体系的润湿角大幅度减小。对含Y高温合金熔体在氧化硅基陶瓷型芯上的铺展动力学及其控制因素进行了分析。结果表明,对于不同Y含量的合金,其在陶瓷型芯上的铺展过程均是由反应元素在界面处的吸附和界面反应综合作用的结果,在润湿开始的阶段反应元素的吸附对铺展起决定性作用,而在之后的阶段界面反应对铺展起到了一定的促进作用。