随着金属表面陶瓷增强层强度的提高,其韧性急剧下降,这种强度与韧性相互倒置的关系制约着表面陶瓷材料的进一步发展与应用。因此改进材料的成型或制备工艺来提高表面陶瓷的韧性,并寻求一种具有科学性、准确性以及可靠性的研究手段来评价表面陶瓷的断裂韧性是金属表面陶瓷化领域的重要发展方向。本文采用扫描电子显微镜及其附带的能谱仪和电子背散射衍射技术等对预处理和热处理相结合的原位反应法制备的微纳米结构TaC陶瓷层的组织结构、物相组成与分布、晶粒尺寸及晶体取向等进行分析;利用Meyer法则、PSR模型和MPSR模型分析计算TaC陶瓷层的“真”值硬度;通过维氏压痕法及纳米压痕技术研究了材料的纳米硬度、弹性模量和断裂韧性等力学性能,并结合压痕形貌和断口形貌讨论其韧化机制和断裂机理。主要得出如下结论:（1）在保温热处理的开始阶段,基体与Ta板结合界面处观察到“包状”组织,即初始反应区;随着保温时间的延长,初始反应区相互融合最终形成均匀一致的TaC陶瓷层,基体中的石墨相逐渐减少。1135℃保温45min时,TaC陶瓷层与基体间为良好的冶金结合,厚度约为230μm,组织致密、均匀且无扩散现象,TaC陶瓷层表面和截面显示出不同的组织特征。（2）TaC陶瓷层截面物相组成为TaC相和fcc结构的Fe相,Fe主要分布在TaC陶瓷层的晶界中,TaC平均晶粒尺寸为311nm,晶粒内部存在一定取向性;表面物相为TaC相,组织较截面更为致密,TaC平均晶粒尺寸为193nm,小角晶界比例多于截面,且晶粒取向近乎随机分布。（3）TaC陶瓷层截面与表面都表现出明显的标准压痕尺寸效应（ISE）。经典的Meyer经验方程可以很好地描述TaC陶瓷层压痕尺寸随外加载荷的变化关系,PSR模型和MPSR模型所导出的关系式能较好的量化TaC陶瓷层Vickers硬度的压痕尺寸效应。（4）TaC陶瓷层的断裂韧性值评估的准确性强烈依赖于裂纹类型的判断和计算公式的选择。通过曲线图法、抛光法以及压痕剖面法判定当载荷低于10N时,裂纹开裂模式为径向裂纹;根据Chicot理论和Palmqvist裂纹经验方法认为Niihara提出的径向裂纹方程计算断裂韧性较为准确。（5）TaC陶瓷层的断裂韧性（或断裂表面能）与显微结构之间存在一定的内在关系。TaC陶瓷层截面的断裂韧性高于表面,其韧化机制为显微结构（弹性模量、晶粒尺寸、塑性相与晶界）韧化和裂纹偏转、裂纹桥联。