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镍基单晶高温合金具有优良的高温力学性能,使其成为航空发动机涡轮叶片的关键材料。为了满足先进航空发动机日益严苛的设计需求,大量的难熔元素被添加到合金中,有效提高了合金的承温能力和蠕变性能。但是难熔元素含量的增加会促进拓扑密堆（TCP）相的析出,降低了合金元素对基体的固溶强化效果。TCP相为脆硬的析出相,与基体的界面处容易产生应力集中,会引发微裂纹的萌生,并成为裂纹扩展时的通道。因此,研究TCP相的析出机制具有重要意义,有助于调控TCP相的析出行为以达到合金综合性能的提高。此外,在析出的过程中,μ相内部会产生大量的孪晶、堆垛层错等面缺陷,其可能会对TCP相的析出行为以及TCP相之间的转变产生影响。研究μ相内部面缺陷的产生机制有助于探究μ相的生长、形变机制,丰富复杂金属间化合物的结构演变理论。鉴于此,本文制备了不同成分的镍基单晶高温合金以研究合金成分对TCP相析出的影响。借助多尺度电子显微分析对合金中的TCP相及其内部的面缺陷进行了表征,并结合第一性原理计算探究了 TCP相析出以及面缺陷产生的物理机制。具体内容如下:（1）对比分析了合金元素对TCP相析出的影响。Ru元素的添加可以抑制TCP相的形核,降低了 TCP相的密度,但没有抑制TCP相的生长。Mo元素对P相的影响较大,Mo含量较高时P相的析出倾向较大。Cr元素对σ相的析出具有促进作用,并且,在Cr含量较高的合金中添加Ru元素可抑制μ相与P相的产生,增大σ相的析出倾向,Cr对σ相的促进作用受Ru元素的影响。（2）研究了 P相的析出行为与生长机制。P相形貌主要为板条状,与基体以（010）P//（111）γ、[201]P//[110]γ的取向关系形成界面时,相界面晶格错配度整体处于较低水平,界面表现出半共格界面特征。（010）P//（111）γ相界面的界面能较低,有利于P相的形核,并成为P相的快速生长界面,其它方向的生长则受到抑制,使得P相最终生长为三维板状析出相。第一性原理计算结果显示,Cr10Mo24Ni22 P相中合金元素分布情况主要与配位数相关,原子半径大的原子倾向占据高配位数位置,而原子半径较小的原子倾向于低配位数的位置。（3）研究了 μ相的析出行为与生长机制。针状μ相与基体的取向关系为:（0001）μ//（111）（、[0110]μ//[110]γ。块状 μ 相与基体取向关系为:（0001）μ//（110）γ、（1100）μ//（110）γ、[1120]μ//[001）]γ。HAADF原子像显示,μ相中总是特定的原子层与基体匹配形成界面,以达到晶格错配度最小,界面能最低的状态。对于针状μ相（0001）晶面,Zr4Al3结构单元中的αcβ三重原子层与γ相{111}晶面匹配形成共格、半共格界面。（0001）μ//（111）γ相界面具有生长的优先级并成为快速生长界面,其它方向的生长则受到抑制,使得μ相最终生长为三维片状析出相。对于块状μ相的（0001）晶面,Zr4A13结构单元中的αcβ三重原子层与γ相{110}晶面匹配形成共格度较高的界面。块状μ相与基体的（1100）μ//（110）γ相界面具有高密度的台阶结构,台阶状的非平直界面具有比平直界面更低的晶格错配度和更低的界面能。（0001）μ//（110）γ和（1100）//（110）γ相界面都具有相对较低的界面能,两组界面协同生长,其它方向的生长受到抑制,使得μ相最终生长为三维棒状析出相。特定取向关系和μ相中构成界面的特定原子层都有利于降低界面能,有利于晶核的稳定;生长过程中界面能低的界面的生长具有较高优先级,并决定了析出相的最终形貌。（4）表征了 μ相内面缺陷的结构特征,提出了面缺陷的产生机制。实验合金内μ相在（0001）、（1102）和（1101）三个晶面内都出现了面缺陷结构。μ相内（0001）面缺陷的形成机制为同步剪切（Synchroshear）机制。μ相内（1102）面缺陷主要分为三种,分别为具有几个原子层厚度的堆垛层错结构、上下镜面对称的Ⅱ型孪晶界（Twin boundary,TB）,以及同时具备孪晶界和堆垛层错特征的Ⅰ型孪晶界,我们称之为缺陷孪晶界（Faulted twin boundary,FTB）。（1102）晶面内堆垛层错的形成机制为非均匀剪切机制,（1102）晶面内Ⅰ型孪晶界可以看作堆垛层错结构的累积,Ⅱ型孪晶界可看作由Ⅰ型孪晶界剪切而形成。