用Ti(C、N)和Al2O3增强的铁基复合材料作为工具材料和耐磨材料表现出了非常优良的性能。但目前常用的粉末冶金法制备成本很高，严重制约着这种复合材料的广泛应用。发展一种成本低廉的制造技术是这种复合材料大量应用的关键。本项目结合我国资源特点，选择包含有Fe和Ti两种主体元素的钛铁矿(FeTiO3)作为原料，发展一种用钛铁矿直接还原制备铁基Ti(C、N)复合材料的低成本新技术。该成果对金属基复合材料反应合成理论的发展有重要意义，一旦实现产业化将具有重大的应用价值和广阔的市场前景。该论文采用综合热分析仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、光学显微镜、热力学计算等方法和手段系统研究了工艺参数对钛铁矿碳热还原的影响，弄清了铁基复合材料原位反应合成的热力学机制；确定了钛铁矿石(FeTiO3)直接还原过程中各温度阶段的基本反应规律；确定了反应温度、碳加入量、铁加入量、球磨过程、反应气氛等对反应还原度、反应产物、反应速度、增强相的尺寸和分布、增强相的成分等的影响规律，提出了相关的影响机制，确定了优化工艺参数，提出反应过程的控制途径和措施。论文的主要结果为： (1) FeTiO3碳热还原过程中高温区存在着两个典型的吸热峰。中温吸热峰主要对应于Ti3O5氧化物的形成；高温吸热峰主要对应于Ti(C,N)化合物的形成。FeTiO3碳热还原过程中间产物和最终产物形成规律的实验结果和热力学计算结果相吻合，即低温阶段主要形成TiO2氧化物；中温阶段主要形成Ti3O5氧化物；高温阶段复合材料中的最终增强相是Ti(C,N)固溶体。(2) 空气气氛有利于FeTiO3碳热还原形成Ti(C,N) 化合物。在空气气氛中，1350～1400℃还原2h以上即可获得理想的复合材料反应产物（即Ti(C,N)和Fe）；在氮气气氛中，在不加铁的情况下，获得理想反应产物的反应温度和反应时间将提高到1600℃和4h以上。(3) 铁的加入可以明显减低FeTiO3碳热反应还原过程中形成Ti3O5和Ti(C,N)的吸热峰的峰值温度。在球磨1小时的FeTiO3-4C-xFe体系中1mol铁的加入可以使Ti3O5形成峰值温度降低162℃,可以使Ti(C,N)化合物形成峰值温度降低80℃。<WP=6>(4) 铁的加入明显加速了FeTiO3-4C反应体系的还原速度。在不加铁的FeTiO3-4C体系中，在氮气气氛下即使采用1600℃×4h的反应参数，仍然不能消除Ti3O5中间氧化物。但当体系中加入1mol或1mol以上铁后，1400℃进行反应烧结就可以获得理想的反应产物。(5) 在FeTiO3-xC-2Fe体系中，碳加入量的变化对Ti3O5和Ti(C,N)形成的吸热峰峰值温度影响不大，前者保持在1156℃左右，后者保持在1360℃左右。加入2mol碳的FeTiO3-2C-2Fe体系在1400℃-1600℃的反应温度下不能使Ti3O5中间产物消失，说明碳加入量不足，因而不容易实现FeTiO3的完全反应。(6) 球磨过程可以明显减小反应粉末尺寸。3小时球磨时间就可以使FeTiO3-4C-xFe体系中粉末平均尺寸从90μm左右降低到36μm以下。继续增加球磨时间，粉末尺寸继续减小，但幅度明显减低。(7) 球磨过程可以大幅度减低FeTiO3-xC-xFe体系中Ti3O5和Ti(C,N)形成的吸热峰峰值温度。在FeTiO3-3.25C-0Fe体系中，2h球磨可使Ti3O5峰值温度从1364℃减低到1170℃；继续增加球磨时间Ti3O5形成峰值温度基本不变。 1～5h 球磨过程明显加速FeTiO3碳热还原过程，但球磨时间超过5h后，还原速度并没有明显增加。(8) 用FeTiO3作为原料在1400℃进行碳热反应制备的铁基复合材料主要由Ti(C,N)化合物和铁基体两相组成。该复合材料中Ti(C,N)化合物是块状，平均尺寸为3～7μm，和目前商业化产品的Ti(C,N)化合物形状一致,尺寸相当。反应时间、碳加入量和铁加入量的变化对复合材料中Ti(C,N)化合物尺寸影响不大，但反应温度会对化合物尺寸产生较大的影响。(9)铁基复合材料中Ti(C,N)化合物中C和N比例由工艺参数所控制。温度升高时，Ti(C,N)化合物中的比例降低；铁加入量增加或碳加入量减少，Ti(C,N)化合物中N的比例增加。