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TiAl金属间化合物是一种新型轻质的金属间化合物,是高温结构领域最具应用潜力的金属间化合物,但是TiAl合金的室温塑性较差限制了其广泛应用。MAX相是具有兼具金属和陶瓷的优异性能的高温结构材料,将MAX相与TiAl合金复合是提高TiAl合金室温塑性,充分发挥两种材料优异性能的有效手段。本文通过真空电弧熔炼工艺制备了 TiAl/Ti2AlC,TiAl/Ti2AlN,TiAl/Ti2Al(C,N)及TiAl-Ti5Si3-Ti2AlC(N)复合材料,表征了复合材料的组织结构,测试了其力学性能,表征分析了复合材料中的界面,通过第一性原理计算的方法,采用VASP软件包,计算了 TiB2/TiC,Ti2AlC/TiC及TiAl/Ti2AlC的界面性能。通过真空电弧熔炼工艺制备的复合材料中,MAX相的生成机制是TiC(N)(s)+TiAl(1)→Ti2AlC(N)(s)包晶反应,体系中残留TiC(N)物相的多少,取决于这个反应进行的是否彻底。MAX相、Ti5Si3相可以显著细化TiAl合金基体的晶粒,TiAl基体晶粒由～200μm细化至20-50 μm,MAX相、细小的Ti5Si3相以及合成MAX过程中剩余的少量TiC(N)可以显著提高复合材料的显微硬度、抗压强度以及材料的塑性,复合材料的显微硬度最高(TiAl-20 mol%Ti2AlN,5.92 GPa)可较 TiAl 合金(3.43 GPa)提升 72.6%,抗压强度最高(TiAl-15 mol%Ti2AlC,1878 MPa)可较TiAl合金(1203 MPa)提高56.1%,而工程应变最高(TiAl-15 mol%Ti2AlC,26.7%)可较TiAl合金(17.5%)提高52.7%。部分复合材料因陶瓷相尺寸过大而导致塑性降低。以不同碳源(石墨粉、多壁碳纳米管和TiC)合成的TiAl/Ti2AlC复合材料性能存在差异,其中多壁碳纳米管为复合材料的生成物相提供了大量形核基底,使材料组织均匀细化,而TiC作为碳源时,TiC物相剩余量较多,这部分TiC在Ti2AlC的协同作用下,对材料性能起到显著增益效果;首次以g-C3N4为原料制备TiAl/Ti2Al(C,N)复合材料,经成分分析和第一性原理计算得到了产物中的Ti2Al(C,N)固溶体的固溶度,确定其化学式为Ti2Al(C0.25,N0.75),Ti2Al(C,N)固溶体较高的硬度和较好的塑性,可以提高复合材料的综合力学性能;Si元素的添加对TiAl/Ti2AlC(N)复合材料的反应过程影响明显,由于Si的引入,体系中增加了一个Ti+Si→Ti5Si3的放热反应,该反应与MAX相合成的包晶反应形成共轭关系。TiAl-xTi5Si3-10 mol%Ti2AlN 中由于 TiN(s)+TiAl(l)→Ti2AlN(s)的吸热反应抑制了 Ti5Si3颗粒的长大,而Ti+Si→Ti5Si3的放热反应促进了 Ti2AlN的合成,产物中Ti5Si3颗粒尺寸小,Ti2AlN含量高,复合材料的综合力学性能得到显著提升。通过 TEM 表征和分析得到了 TiAl/Ti2Al(C,N),Ti2Al(C,N)/TiC(N)和Ti2AlC/TiC界面的近乎共格的三种取向关系,这些共格界面保证了复合材料物相之间能够形成稳定的界面,稳定界面对复合材料的性能起关键作用。根据实验所得的界面取向关系,通过第一性原理计算的方法,采用VASP软件包,分别计算了 TiC(0 1 0)//TiB2(0 1 1 0),Ti2AlC(0 0 0 1)//TiC(1 1 1)和 TiAl(111)//Ti2AlC(0001)三种界面构型的块体、表面和界面。通过计算表面能、结合功、界面能、电荷密度分布以及电子态密度等方式,分析三种构型的表面和界面性质,得到界面满足特定取向的理论依据,并分析特定构型的界面原子和电子结构信息。TiC(010)//TiB2(0110)界面模型中 C-BS1-B1、C-TS-B2 和 Ti-BS1-B1 构型的界面能较低,结构较稳定,其中C-TS-B2构型界面能最低,为1.12 J/m2,Ti2AlC(0001)//TiC(111)界面模型中,所有BS堆垛方式的界面都发生了重构,相同表面形成的界面中HS堆垛方式的界面比TS堆垛方式更加稳定,Ti2-HS1-C,Ti2-HS2-C 和 Al-HS1-C 三种构型的界面能最低,Ti2-HS2-C 为-0.06 J/m2。界而处原子的配位数对原子之间的相互作用产生重要影响。TiAl(1 1 1)//Ti2AlC(000 1)界面模型中,TS和BS堆垛方式的界面都发生了重构,只有C-HS-TiAl,A1-HS-TiAl,Til-HS-TiAl 和 Ti2-HS-TiAl 四种构型稳定存在,其中 C-HS-TiAl 构型界面能最低,为-0.93 J/m2。电荷密度、差分电荷密度以及DOS的分析表明,界面处的C原子和B原子,C原子和Ti原子以及C原子和Al原子产生强烈的相互作用成键是形成稳定界面的主要原因,界面能相对较高的界面是由于Ti-Ti原子之间的相互排斥导致。