无机多孔材料中,金属多孔材料具有较差的抗高温氧化和抗腐蚀性能,陶瓷多孔材料脆性大难加工,而多孔TiAl基复合材料由于其优异的性能,具有广阔的应用前景。本课题以球形、不规则松装Ti粉和Al-12Si合金为原料,采用工艺过程简单、成本相对低廉的一种新型制备方法真空无压反应浸渗法制备出以TiAl基复合材料为骨架,具有蜂窝状连通孔结构的新型多孔材料。研究了反应温度和反应时间对多孔材料孔结构的影响,确定了最佳的无压反应浸渗工艺,然后分析了钛粉形状、Si含量和TiH₂发泡剂含量对多孔材料孔隙率、孔径分布和微观组织结构的影响;探讨了多孔TiAl基复合材料烧结过程中反应造孔机制;研究了Ti5Si3增强相含量和钛粉形状对多孔TiAl基复合材料压缩性能的影响。反应浸渗温度越高,反应越完全,孔隙率越大,800℃无压浸渗所得多孔材料的孔隙率最大。随着保温时间的延长,材料孔隙数量逐渐增多,当保温时间超过2h后,孔隙率变化不明显,且反应浸渗完全,故选择800℃保温3h作为无压反应浸渗的最佳工艺。球形钛粉和不规则钛粉所制备的多孔材料经片层化处理后物相组成均为TiAl、Ti3Al和Ti5Si3,与球形Ti粉制备出的多孔材料相比,不规则Ti粉制备出的材料孔隙率更高,总孔隙率达到72.26%,球形Ti粉仅为54.67%,二者的开孔隙率占总孔隙率的百分比均在70%以上。片层化处理之后,不规则Ti粉完全片层化,而球形Ti粉部分片层化。在选用TiH₂作为发泡剂制备出的多孔TiAl基复合材料中,不含TiH₂发泡剂制备所得多孔材料孔隙率最高,随TiH₂含量增加,材料的孔隙率先减少后增加。Ti5Si3增强相体积分数分别为1.2vol.%、3.5vol.%和6.9vol.%的多孔TiAl基复合材料的孔隙率随Si含量的变化差异不大,说明多孔TiAl基复合材料的孔隙率与Ti5Si3增强相的含量无关。多孔TiAl基复合材料的反应造孔机制为:以原始Ti颗粒为骨架的通孔材料作为预制体,Al-Si合金熔化后无压浸渗到多孔钛预制体中,与Ti反应在钛颗粒表面生成了疏松的TiAl3薄层,同时Al-Si合金液在毛细管力作用下渗入疏松的Ti A3层将其破坏形成蜂窝状TiAl3,并且铝液继续向钛粉内扩散形成致密的TiAl3,直至铝液完全消耗完,此时中心还有未反应的钛颗粒。Al液消失处形成孔隙,且多为通孔。铝液耗尽后,只剩Ti和TiAl3,它们继续反应生成最终产物,心部为Ti3Al,接着是致密的TiAl,表层为蜂窝状的TiAl,同时在致密的TiAl边缘析出了Ti5Si3颗粒,所以在原来钛粉骨架处形成了Ti5Si3/TiAl的骨架,即在反应合成TiAl基复合材料的同时又进行造孔。最终形成的材料以复合材料为骨架,孔隙为连通的孔隙和蜂窝状孔。在准静态压缩过程中:多孔TiAl基复合材料的压缩应力-应变曲线分为三个区域:弹性区、平台区和致密化区。随着Ti5Si3体积分数的增加,多孔材料的屈服强度先增加后减小。当Ti5Si3体积分数为3.5vol.%时,多孔材料的抗压强度最大,为110 Mpa。平台区的应力-应变曲线并不是光滑的,而是出现锯齿状的波动,而且Ti5Si3体积分数为3.5vol.%时波动最大,表现为典型的脆性断裂特征。同等质量的不规则Ti粉制备的多孔TiAl基复合材料,孔隙度高于球形Ti粉制备的多孔材料,而且抗压强度远远高于球形Ti粉的抗压强度。