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金属间化合物具有低密度、高熔点、高强度以及优异的抗氧化腐蚀等特点,是一类极具潜力的新型中高温结构材料。金属间化合物既优于高温合金的耐温性,又优于陶瓷材料的韧性与可热加工性,受到材料研究者的广泛关注。在备受关注的金属间化合物种类中,Fe-Al系金属间化合物以其较小的密度、低廉的价格以及优越的性能,使其一度成为中高温结构材料研究的热点。本文采用亚快速定向凝固技术,通过向Fe-Al金属间化合物中添加微量的Ta元素,制备出Fe-Al-Ta共晶自生复合材料。借助先进的分析设备和测试仪器,在较大范围的凝固速率内深入分析亚快速定向凝固的工艺参数对相成分、固液两相界面形态以及凝固组织生长特征等的影响。同时也探讨了Fe-Al-Ta共晶自生复合材料凝固组织与力学性能的关系,分析了共晶合金的表面显微硬度、室温拉伸断口、三点弯曲断口以及强化机制。通过EDS和XRD分析,真空感应熔炼态(铸态)和定向凝固不同凝固速率下的Fe-Al-Ta共晶自生复合材料均由基体相Fe(Ta,Al)和增强相Fe2Ta(Al)两相组成。在不同凝固速率下Fe-Al-Ta共晶自生复合材料的稳态生长区横截面宏观组织形貌逐渐细化,出现均匀到非均匀的转变。结合稳态生长区的微观纵截面和横截面得出,合金凝固组织形态呈现出由棒状→球状→乱序短棒状的演化规律。且在凝固速率R为90μm/s到600μm/s的范围内,合金的增强相体积分数出现先减后增的变化,当凝固速率为R=150μm/s,合金增强相体积分数最小为36.11%。合金组织的片层(棒状)间距逐渐减小,其关系符合λ=75.99R-0.79,基本满足J-H理论模型。Fe-Al-Ta共晶自生复合材料的固液界面受凝固速率影响较小,主要是胞枝状界面。但随着凝固速率的增大,胞枝状组织分枝出现变化,由规则的一次分枝到多分枝再到不规则的多分枝演变。在不凝固速率下,合金的表面硬度差距较大,且有逐渐增大的趋势。在室温拉伸试验时,真空感应熔炼态Fe-Al-Ta共晶合金和亚快速定向凝固下Fe-Al-Ta共晶合金均表现为脆性断裂。定向凝固Fe-Al-Ta合金中大的Laves强化相体积分数逐渐减小的层片(棒状)间距以及较高的过冷度均有利于共晶合金室温抗拉强度的提高,使得其最大抗拉强度远远高于铸态Fe-Al-Ta共晶合金。由三点弯曲试验曲线以及宏观断口形貌分析,Fe-Al-Ta共晶合金属于解理断裂。但在高倍显微镜下对试样分析发现,定向凝固条件下Fe-Al-Ta共晶合金的断口有少部分韧窝出现,为Fe-Al-Ta共晶复合材料室温断裂韧性提高做出了贡献。