随着航空发动机技术的发展，涡轮工作温度不断提高，镍基单晶高温合金已经逐渐难以满足未来新型航空发动机的承温能力要求。Nb-Ti-Al基超高温合金熔点高、密度低，其综合力学性能具有潜在的优势，是未来先进航空发动机涡轮热端部件的重要备选材料，近来年获得了广泛的关注。本文对Nb-Ti-Al合金的基础问题和应用潜力进行了探索，采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等技术研究了几种成分的Nb-Ti-Al合金的制备、显微组织和力学性能。　　对Nb、Ti、Al粉末的机械合金化研究发现，随机械合金化强度的提高，粉末显微组织和成分均匀化程度逐渐增加，从而促进热压烧结Nb-Ti-Al合金中δ相的形成，细化β和Ti(O，C)相，并消除Ti(O，C)相的团聚。合适的球磨工艺可提高热压烧结Nb-Ti-Al合金的硬度，而过高强度的机械合金化则由球磨介质引入Fe和Cr元素，甚至导致σ相产生。　　热压烧结Nb-23Ti-15Al(at.％)合金中包含β相、δ相和Ti(O，C)相;随Al含量降低，合金中δ相急剧减少。在本研究中首次发现Ti(O，C)相，对该相进行了鉴定，为TiO和TiC的一种FCC结构固溶体。合金中Ti(O，C)相的形貌为较大的鹅卵石状聚集相或弥散分布的细小颗粒。Ti(O，C)相的产生源于原料粉末中较高含量的C、O元素。在Nb-23Ti-15Al合金中发现多种类型的Ti(O，C)孪晶相，包括角孪晶、条状孪晶、三重孪晶和四重孪晶等，其中三重孪晶的二次孪晶界为Σ9{114}、Σ9{115}/{111}或Σ9{122}等。根据TEM显微组织结果，提出Ti(O，C)孪晶由Ti(O，C)小颗粒通过特定取向的结合形成，结合过程包括Ti(O，C)颗粒的接触、旋转、结合和Ostwald熟化等;条状孪晶和三重、四重孪晶可在角孪晶的基础上形成。推断孪晶Ti(O，C)相对Nb-Ti-Al合金具有良好的高温强化作用。本研究为Nb-Ti-Al合金强化及纳米孪晶的形成机制探索提供了新思路。　　激光成形Nb-23Ti-15Al合金组成相为β相、δ相和Ti(O，C)相;合金枝晶及相组织细小，β相和δ相为条状，Ti(O，C)相弥散分布。电弧熔炼Nb-23Ti-15Al合金由β相和δ相组成，仅少量δ相在部分β晶界处呈块状或羽毛状析出。　　发现热压烧结温度对Nb-23Ti-15Al合金的显微组织具有显著影响，并研究了不同温度下合金物相的形成机制。1350℃和1440℃热压烧结Nb-23Ti-15Al合金显微组织分别为块状和条状，显微组织的差异源于两温度下物相形成机制的不同。通过热压烧结中断实验发现，较低温度下δ相通过σ相与β相反应形成，较高温度下亚稳σ相溶解，δ相从过饱和β相中析出。1440℃热压烧结具有条状显微组织的Nb-23Ti-15Al合金的显微硬度和断裂韧度更高。通过粉末热处理和短时间热压烧结实验发现，热压烧结过程中存在过渡相，如Ti3Al相、Nb2Al相和α-Ti相等。随热处理温度的升高，物相的种类及含量不断变化。　　在1440℃热压烧结Nb-23Ti-15Al合金的δ相中发现Kirkendall孔洞，提出了判断β→δ相转变类型的Kirkendall孔洞准则:若δ相中观察到相变产生的Kirkendall孔洞，则β→δ相变为长程扩散型，而不可能是块状转变。该准则也可以应用于其它合金体系相变类型的判断。　　室温压缩实验中，热压烧结Nb-23 Ti-15Al合金强度较高但发生脆性断裂，Nb-23Ti-10Al/5Al合金塑性较好。1100℃压缩实验中，三种成分的合金均表现出良好的塑性;Nb-23Ti-15Al合金强度较高，存在由δ相再结晶引起的应变软化现象。15Al-1350℃合金的变形主要集中于β相，β相中存在大量位错缠结，δ相中无位错或仅存在少量平行排列的位错;β与δ两相界面塞积大量位错;部分Ti(O，C)相中也存在大量弯曲位错或位错列。15Al-1440℃合金β相变形局域化，大量位错塞积于滑移带内。