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冲击波加载可在介质中形成极端的高温高压条件，为材料的合成开辟了一条新的途径，尤其是对那些合成条件苛刻的材料显示出独特优势。铌二元系金属间化合物因其低密度和优良的高温强度和物理特性而在高性能构件方面有重要用途，但这类材料因其熔点高、晶体结构复杂，而采用常规方法难以合成。此外，该类金属间化合物的合成反应为放热过程，理论上反应一旦被激活便可自维持发生，但是由于该激活势垒能高而传统方法难以有效达到，冲击波加载所致的极端高温高压对于该类反应的激活具有优势。然而对冲击反应合成，尤其是诸如铌硅/铌铝金属化合物这类高熔点的金属间化合物的合成，从技术实现及其反应机制的理解仍面临挑战。特别是铌二元系金属间化合物在高冲击强度(飞片速度>2.0km/s)下的冲击合成实验显见报道。基于此，本课题借助二级轻气炮加载平台和飞片撞击技术，开展了高冲击强度下铌硅/铌铝金属间化合物的冲击合成及反应机制研究。通过对铌硅和铌铝粉末混合物的冲击产物的完整回收，研究了外部加载条件（飞片速度）、反应粉末混合物的初始状态（孔隙率及机械球磨预处理）以及组分体系（铌硅与铌铝）的性质的不同对铌二元系金属间化合物的冲击化学反应合成的影响。通过回收产物的表征分析，对其冲击化学反应机制进行讨论。研究的主要内容及发现为：
1）通过对初始配比符合Nb5Si3化学计量比的铌硅粉末混合物在高冲击强度下进行冲击回收，成功获得了Nb5Si3金属间化合物块体材料。探讨了不同冲击强度（飞片速度分别为1.98km/s、2.23km/s、2.63km/s和2.82km/s）下铌硅粉末混合物的冲击化学反应。发现在较低的冲击强度（飞片速度为1.98km/s)下铌硅粉末混合物几乎不发生化学反应，只在局部区域获得极少量的NbSi2化合物。当冲击强度较高（飞片速度为2.23km/s）时，在铌硅的界面处发生部分“固-液”化学反应的激活，合成NbSi2相化合物。在更高的冲击强度（飞片速度为2.63km/s)下，获得了与初始化学计量比相同的铌硅金属间化合物Nb5Si3，反应出现“液相”结晶反应的特征。在最高的冲击强度（飞片速度达2.82km/s）情况下，获得了高温β-Nb5Si3相占主导地位的Nb5Si3块状化合物，且结构相对细密和均质。证实了高的冲击强度有利于化学反应的完全进行。
2）通过对铌硅粉末混合反应物的不同初始状态（孔隙率及机械球磨预处理）的铌硅粉末化合物的冲击化学反应的影响研究，发现孔隙率低（10%）的样品，几乎不发生反应。而孔隙率为20%时，铌硅粉末发生部分化学反应，生成了NbSi2化合物。随着孔隙率增大到35%，在同样的冲击条件下，发生完全反应获得了与初始配比一致的Nb5Si3化合物。证实高孔隙率下孔隙崩塌产生较高的温度，有利于冲击反应完全进行；通过对不同时间球磨预处理的铌硅粉末混合物的冲击反应实验结果，发现在相同的冲击加载条件下球磨预处理1小时的样品发生部分反应合成了NbSi2化合物。而随着球磨时间增加到5小时，产物相不仅有NbSi2化合物，还出现了Nb5Si3金属间化合物。当球磨预处理时间进一步增加到10小时，在相同的冲击条件下获得了与组分配比相同的Nb5Si3金属间化合物。表明球磨预处理能有效地降低铌硅粉末混合物的冲击反应的阈值，且随着球磨时间的增加，同样的冲击加载条件下铌硅粉末颗粒的冲击反应更完全进行。
3）研究了初始配比符合Nb3Al化学计量比的铌铝粉末混合物的冲击化学反应行为。通过对铌铝粉末混合物的冲击回收产物的表征分析，发现冲击压缩能诱导铝和铌间发生反应，合成与初始组分配比一致的高熔点Nb3Al化合物。且当冲击强度较低（飞片速度为1.97km/s）时，铌铝粉末仅发生部分反应合成的主要相为富铝化合物NbAl3。随着冲击强度的提高(飞片速度增加到2.27km/s)，Nb2Al化合物是主要的冲击合成产物相。当冲击强度更高（飞片速度高达2.61km/s）时，冲击波作用导致的高温高压作用使得铌铝粒子中的Nb3Al化合物的化学反应被激活，合成了与初始组分配比相同的富铌高熔点Nb3Al相，且反应较完全，反应产物相对致密。
4）深入分析和讨论了铌硅/铌铝粉末化合物的冲击反应及反应机制，认为铌硅/铌铝粉末混合物的冲击反应是一个从物理结构变化到力-化学再到热-化学反应的一个复杂的级联过程。高的冲击强度、较高的孔隙率和较长时间的球磨预处理有利于反应的充分完全进行。冲击合成反应能否实现还与选择恰当的反应物组分有关。
1）通过对初始配比符合Nb5Si3化学计量比的铌硅粉末混合物在高冲击强度下进行冲击回收，成功获得了Nb5Si3金属间化合物块体材料。探讨了不同冲击强度（飞片速度分别为1.98km/s、2.23km/s、2.63km/s和2.82km/s）下铌硅粉末混合物的冲击化学反应。发现在较低的冲击强度（飞片速度为1.98km/s)下铌硅粉末混合物几乎不发生化学反应，只在局部区域获得极少量的NbSi2化合物。当冲击强度较高（飞片速度为2.23km/s）时，在铌硅的界面处发生部分“固-液”化学反应的激活，合成NbSi2相化合物。在更高的冲击强度（飞片速度为2.63km/s)下，获得了与初始化学计量比相同的铌硅金属间化合物Nb5Si3，反应出现“液相”结晶反应的特征。在最高的冲击强度（飞片速度达2.82km/s）情况下，获得了高温β-Nb5Si3相占主导地位的Nb5Si3块状化合物，且结构相对细密和均质。证实了高的冲击强度有利于化学反应的完全进行。
2）通过对铌硅粉末混合反应物的不同初始状态（孔隙率及机械球磨预处理）的铌硅粉末化合物的冲击化学反应的影响研究，发现孔隙率低（10%）的样品，几乎不发生反应。而孔隙率为20%时，铌硅粉末发生部分化学反应，生成了NbSi2化合物。随着孔隙率增大到35%，在同样的冲击条件下，发生完全反应获得了与初始配比一致的Nb5Si3化合物。证实高孔隙率下孔隙崩塌产生较高的温度，有利于冲击反应完全进行；通过对不同时间球磨预处理的铌硅粉末混合物的冲击反应实验结果，发现在相同的冲击加载条件下球磨预处理1小时的样品发生部分反应合成了NbSi2化合物。而随着球磨时间增加到5小时，产物相不仅有NbSi2化合物，还出现了Nb5Si3金属间化合物。当球磨预处理时间进一步增加到10小时，在相同的冲击条件下获得了与组分配比相同的Nb5Si3金属间化合物。表明球磨预处理能有效地降低铌硅粉末混合物的冲击反应的阈值，且随着球磨时间的增加，同样的冲击加载条件下铌硅粉末颗粒的冲击反应更完全进行。
3）研究了初始配比符合Nb3Al化学计量比的铌铝粉末混合物的冲击化学反应行为。通过对铌铝粉末混合物的冲击回收产物的表征分析，发现冲击压缩能诱导铝和铌间发生反应，合成与初始组分配比一致的高熔点Nb3Al化合物。且当冲击强度较低（飞片速度为1.97km/s）时，铌铝粉末仅发生部分反应合成的主要相为富铝化合物NbAl3。随着冲击强度的提高(飞片速度增加到2.27km/s)，Nb2Al化合物是主要的冲击合成产物相。当冲击强度更高（飞片速度高达2.61km/s）时，冲击波作用导致的高温高压作用使得铌铝粒子中的Nb3Al化合物的化学反应被激活，合成了与初始组分配比相同的富铌高熔点Nb3Al相，且反应较完全，反应产物相对致密。
4）深入分析和讨论了铌硅/铌铝粉末化合物的冲击反应及反应机制，认为铌硅/铌铝粉末混合物的冲击反应是一个从物理结构变化到力-化学再到热-化学反应的一个复杂的级联过程。高的冲击强度、较高的孔隙率和较长时间的球磨预处理有利于反应的充分完全进行。冲击合成反应能否实现还与选择恰当的反应物组分有关。