Ti₃AlC₂是一种三元层状陶瓷材料,这种材料兼有金属和陶瓷的性质,包括良好的导热导电性,较低的硬度,优良的抗氧化性,良好的耐热冲击性能,类似于金属的可加工性,以及与石墨相近的自润滑性等。因此,该材料被认为是一种高温结构材料,并得到了广泛的研究重视。本论文主要采用自蔓延烧结的方法制备了单相的Ti₃AlC₂粉末,并以Ti₃AlC₂为基体或烧结助剂,通过放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering,SPS）技术制备ZrB₂/Ti₃AlC₂,Ti₃AlC₂/BN,Ti₃AlC₂/Si₃N₄三种复合陶瓷。详细研究了这三种复合陶瓷的烧结过程、物相组成、微观结构和力学性质,并采用第一性原理计算方法讨论了部分以Ti₃AlC₂为基体的固溶体化合物的几何结构、电子结构和弹性性质。与典型的高温结构陶瓷相比,Ti₃AlC₂的强度较低,不能完全满足高温结构应用需要。本论文以自蔓延烧结方法得到高纯的Ti₃AlC₂粉末为基体,以ZrB₂颗粒为增强相,通过SPS工艺制备了ZrB₂/Ti₃AlC₂复合陶瓷。在复合陶瓷的烧结过程中,部分Ti₃AlC₂基体发生分解,并与ZrB₂增强体发生反应,生成TiC、ZrC、AlB₂和ZrB等弥散分布的硬质颗粒。制备的ZrB₂/Ti₃AlC₂复合陶瓷的硬度、弯曲强度和断裂韧性均得到了大幅度提高。本论文还研究了ZrB₂/Ti₃AlC₂陶瓷试样在900¹100℃下空气中的氧化4¹6 h的行为。Ti₃AlC₂陶瓷具有良好的高温抗氧化能力,但ZrB₂的引入会降低复合材料的高温抗氧化能力。本论文还以Ti₃AlC₂为烧结助剂,研究了难致密化陶瓷hBN和Si₃N₄的SPS烧结过程。引入的Ti₃AlC₂烧结助剂可以使hBN在1250¹500℃实现致密化。随着原始粉末中Ti₃AlC₂含量升高,复合陶瓷的弯曲强度得到极大提高,其中50 wt.%Ti₃AlC₂/BN复合陶瓷的弯曲强度达到135 MPa。在高Ti₃AlC₂含量的复合陶瓷中还可以观察到片层状BN的取向织构形貌。以Ti₃AlC₂为烧结助剂并未得到致密的Si₃N₄陶瓷。在实验研究基础上,运用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了以Ti₂AlC、Ti₃AlC₂和Ti₄AlC₃为基体的22种Zr和B置换的有序固溶体的晶体结构、热力学稳定性、弹性性质与电子结构。研究表明,所有设计的置换固溶体都是热力学稳定的。引入的Zr和B置换元素并未起到固溶强化作用,与基体相比,固溶体的体积弹性模量、剪切弹性模量和硬度均降低。