钢铁材料是工业、建筑等领域应用广泛的材料之一,但是每年因其强度和耐磨性差导致很多钢材失效,而制备陶瓷增强钢铁基复合材料是提高钢铁材料强度和耐磨性的可行方法。目前陶瓷增强钢铁基复合材料的结构主要包括均匀分布、层状分布、网状分布和束状分布等。其中束状结构具有增强复合材料强度的同时提高材料韧性的优势。束状分布的制备方法主要包括粉末冶金法、铸渗法、特种铸造法和课题组前期研究提出的固态扩散法等,其中固态扩散法制备的复合材料具有基体和增强体的相溶性良好、界面结合力强、无污染、制备工艺简单等优点。而对于这种方法制备的复合材料,陶瓷复合层的组织和性能是最为重要的。然而,截至目前对于用固态扩散法制备的束状分布复合材料中复合层的组织演化并不清楚,因而无法实现组织的可控制备。同时,如何通过设计复合层内的微观结构来进一步提升复合层的综合力学性能也有待于研究。因此对复合层的增强相体积分数、尺寸、分布方式等因素对强度和韧性的影响规律进行研究,对这种材料的发展具有指导意义。本文采用固态扩散原位反应法制备束状结构的增强复合层。一方面,通过XRD、SEM、EDS等检测技术对不同热处理工艺条件下制备的增强复合层的物相组成和显微结构分析研究,结合热力学和动力学分析,阐明了 TaC增强复合层的形成过程,实现了 TaC增强复合层的可控制备,采用纳米压痕法对TaC增强复合层的弹性模量和硬度进行了测量;另一方面,借助有限元方法研究了 TaC增强复合层中,颗粒的体积分数、颗粒尺寸及分布形态对TaC增强复合层力学性能的影响规律。主要得到以下结论:（1）通过对热处理工艺参数的调控发现,热处理温度和时间是控制TaC增强复合层材料的关键因素,在热处理时间短、温度低的条件下,TaC增强复合层厚度只有十几微米,增强复合层中颗粒的体积分数高,尺寸较小,团聚程度高,在热处理时间长、温度高的条件下,TaC增强复合层厚度可以达到毫米级,增强复合层中颗粒的体积分数下降,尺寸变大,团聚程度变低。（2）在1105-1125℃范围内,固态扩散原位反应法制备的TaC增强复合层通过测量统计,最后发现TaC增强复合层的生长符合抛物线经验公式（d2=Kt）,结合阿伦尼乌斯公式计算出不同反应温度下,TaC增强复合层生长速率常数分别为:K1105℃=2.63×10-9cm2/s,K1115℃=8.84× 10-9cm2/s 和 K1125℃=1.16× 10-8cm2/s,体系中的扩散激活能 Q=663.29kJ/mol。计算出TaC增强复合层厚度与热处理时间及温度的关系式,实现了复合层的可控制备。（3）在TaC增强复合层中,增强颗粒的体积分数逐渐增加,TaC增强复合层的弹性模量及抗拉强度也随之逐渐增加,但是其断裂韧性逐渐下降;增强颗粒尺寸逐渐增加,TaC增强复合层的弹性模量和断裂韧性值变化不大,但是其抗拉强度逐渐下降;改变增强颗粒的分布方式,分为颗粒无团聚,轻微团聚和严重团聚。最后发现无团聚的断裂韧性最大,轻微团聚次之,严重团聚的断裂韧性值最小。三种分布中,无团聚的抗拉强度最高。因此,要得到高硬度、高模量的TaC增强复合层,首先需要增强颗粒的体积分数要高,其次增强颗粒尺寸要尽量小,最后增强颗粒最好是无团聚的分布方式。