对钛基体在β相变温度附近的加速扩散现象的研究,对实现Ti-B4C体系的低温反应烧结、细化组织和性能调控具有积极作用。揭示加速扩散机制及元素的作用规律,阐明原位反应行为和产物特征(形态和尺度等)的影响机制,可为(TiCp+TiBw)/Ti复合材料的组织设计与力学性能调控提供重要的理论指导。本论文首先通过在纯钛中添加O元素调节β相变温度,并在相应β相变温度附近制备Ti-B4C扩散反应偶,结合组织表征确定产物特征和扩散层的厚度,建立动力学模型研究反应过程的元素扩散行为。最后,通过制备复合材料并考察其组织与力学性能,验证理论成果的可靠性,为高性能(TiCp+TiBw)/Ti复合材料的研究与应用提供理论基础。主要结论如下:1.以纯Ti粉末和TiO2粉末为原料,采用粉末冶金法制备了 Ti-2wt%O固溶体,通过对不同烧结温度下所制备的试样进行致密度测试、X射线衍射(XRD)分析、显微硬度测试,确定了 TiO2分解以及氧固溶进入Ti基体中的最佳烧结工艺参数。2.采用金相法对所制备的加入0、0.25和0.5wt%含量的O元素的Ti-O固溶体α/β相变温度进行了测试,确定了固溶体的相变温度与O元素含量的关系,并与基于元素分析进行理论计算获得的相变温度进行了对比,发现金相试验法获得的相变温度比理论计算更为准确,确定相变温度分别为990℃、1070℃、1140℃。3.分别以Ti、Ti-0.25wt%O、Ti-0.5wt%O固溶体作为基体,采用放电等离子烧结在相变温度附近四个不同温度下制备了 Ti-B4C扩散偶样品并进行了等温热处理。通过显微组织表征研究了扩散反应层中TiB2层的厚度,并阐明了温度对B和C原子在Ti中的扩散能力影响。结果表明在α/β相变温度下TiB2层的厚度均高于其他温度,包括位于β相区的更高烧结温度,证实了钛基体本身的α/β相变能够加速原子在其内部的扩散行为。4.采用指数经验公式对扩散层的厚度和扩散反应时间的关系进行了动力学计算,反应扩散反应机制的n指数均小于0.5,表明在所有温度下Ti-B4C的反应都是扩散控制的,证实了本论文利用钛基体的异常自扩散行为来加速Ti-B4C体系的原位反应切实有效。5.对Ti-0.25wt%O固溶体为基体的(TiCp+TiBw)/Ti复合材料的力学性能进行了研究。表明在Ti基体相变温度下烧结,反应生成的增强相特别是TiB晶须的尺寸明显大于其他温度,甚至是高于相变温度的更高烧结温度下制备的复合材料,这与扩散反应偶研究所获得的结果是一致的。与Ti-0.25wt%O固溶体相比,(TiCp+TiBw)/Ti复合材料硬度明显增大,这主要是因为增强相的加入引起的;在钛基体相变温度下烧结所制备的复合材料的弯曲强度低于其他温度下烧结所制备的相同成分的复合材料,断面分析结果表明弯曲强度的降低是由于粗大的TiB和钛基体的界面在弯曲过程中优先开裂造成的。