TiAl金属间化合物是一类轻质的高温结构材料，在700℃以上具有高强度、良好的抗氧化性和抗蠕变性等特性，其潜在的应用前景是非常广阔的。然而，影响其实际应用的最大障碍就是室温塑韧性低、加工性能差。因此，不能同时兼具优良的高温强度与室温韧性等优点。目前，其室温强韧化是这类材料研究的关键。结合国内外TiAl及其复合材料的最新研究进展，充分利用复合技术和合金化的思路。原位反应使得基体与增强相结合良好、界面干净，合金化有利于改善两者润湿性，提高其空间分布的均匀性，有效地改善TiAl基体的室温强度和韧性。因此本课题采用原位热压技术，在Ti-Al-TiO₂基础体系上，分别掺杂了金属氧化物V₂O₅、MnO2和NiO，通过Al与掺杂剂之间的铝热反应同时引入增强相AI₂O₃和相应的合金化元素，合成了含有第三元素掺杂的AI₂O₃/TiAl复合材料。借助示差扫描量热仪（DSC）、X射线衍射仪（XRD）、能谱色散谱仪（EDS）和扫描电子显微镜（SEM）等仪器，表征了不同掺杂剂对复合材料反应机理、物相组成、微观组织的影响；同时对其断裂韧性、抗弯强度等力学性能进行了测试，讨论了掺杂复合材料的强韧化机理。XRD研究结果表明：不同体系下，在1300℃保温2h成功地原位合成了AI₂O₃/TiAl复合材料，不同掺杂剂基本上都具有固溶强化与析出强化的作用，改变了α2-Ti₃Al/γ-TiAl的相对比例。对于Ti-Al-TiO₂-V₂O₅体系，在1300℃下的热压试样由γ-TiAl、α2-Ti₃Al、AI₂O₃与少量V3Al组成；对于Ti-Al-TiO₂-MnO2体系，烧结产物除了包含γ-TiAl、α2-Ti₃Al、 AI₂O₃外，还有少量的Al77.5Mn22.5；对于Ti-Al-TiO₂-NiO体系，试样最终包含γ-TiAl、α2-Ti₃Al、AI₂O₃与少量NiAl组成。结合DSC和XRD分析了Ti-Al-TiO₂-NiO的反应过程，Ti-Al-TiO₂和Al-NiO为对比体系。研究表明：Ti-Al-TiO₂体系分别在689.4℃与869.3℃出现强烈的放热峰。由于NiO的添加，稀释了Ti-Al-TiO₂体系，使得Ti-Al-TiO₂-NiO体系放热峰移向了689.6℃和925.7℃。同时，由于Ti-Al-TiO₂放热量大，导致Ti-Al-TiO₂-NiO体系中Al和NiO的反应由原先的856.4℃提前到后来的808.6℃，这种现象与XRD检测结果非常一致。AI₂O₃/TiAl复合材料的合成机理如下：首先Ti-Al和TiO₂-Al之间反应依次生成金属间化合物TiAl₃、TiAl和Ti₃Al，在900℃附近剩余的Al与金属氧化物（如TiO₂、V₂O₅和MnO2）反应生成大量AI₂O₃。同时，合金化元素V、Mn、Ni生成，并固溶进入TiAl基体。当达到饱和固溶度时，剩余的合金化元素与Al发生反应，分别以V3Al， Al77.5Mn22.5以及NiAl的形式从基体中析出。微观结构分析指出：相对于未掺杂，适当的掺杂改变了强化相AI₂O₃与TiAl基体的润湿性，弥散的AI₂O₃颗粒均匀分布于TiAl晶界上，呈现准连续的网状结构，阻碍了基体的长大，细化了基体晶粒尺寸。材料的断裂机理为沿晶断裂与穿晶断裂混合模式，包括细小颗粒的拔出、细晶韧化、裂纹偏转与桥联、残余应力场增韧等。另外，掺杂后的原位合成的AI₂O₃/TiAl试样显示出优异的抗损伤能力。力学性能测试可得：随着掺杂量的增大，试样的密度、相对密度与维氏硬度几乎一直增大；而抗弯强度与断裂韧性呈先增大后减少的变化趋势。分别掺杂3.5wt%V₂O₅、2.72wt%MnO2和2.5wt%NiO时，断裂韧性和弯曲强度达到最大值，分别为9.35MPa m1/2、8.8MPa m1/2和7.8MPa m1/2，以及713.45MPa、742.00MPa和737.02MPa。相对于未掺杂试样5.01MPa m1/2和420.00MPa，力学性能得到了明显的改善。