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碳化硼(B4C)具有低密度、高硬度及良好的中子吸收性能等一系列优点，在防弹装甲和核材料等领域具有广阔的应用前景。但是，B4C较低的断裂韧性和较高的烧结温度限制了其更广泛的应用。现有研究表明:向B4C基体中添加陶瓷第二相难以兼顾材料强度、硬度和断裂韧性的同步提高;反应熔渗工艺能够大大降低材料的烧结温度，但如何尽可能降低材料体系内残留硅的含量仍是当前研究的难题。 本研究以Ti3SiC2为添加剂，采用热压反应烧结工艺制备了低密度、高强度、高硬度和高断裂韧性的B4C-TiB2复相陶瓷。研究了Ti3SiC2与B4C反应热力学及反应过程中物相转化过程，较系统的研究了添加剂含量对材料力学性能及微观结构的影响，探讨了B4C-TiB2复相陶瓷中不同物相的界面残余热应力，分析了其增韧补强机制。Ti3SiC2添加质量分数为10wt％时，B4C-TiB2复相陶瓷密度、弯曲强度、断裂韧性和显微硬度分别为2.64g/cm3，592MPa,7.01MPa.m1/2，3163kg/mm2; B4C-TiB2复相陶瓷中TiB2颗粒存在二种典型的显微结构:纳米TiB2颗粒位于B4C晶粒内，尺寸较大TiB2颗粒位于B4C晶界或三角晶界;热力学计算结果表明SiC(P)/B4C界面残余热应力较小，SiC颗粒对B4C-TiB2复相陶瓷断裂韧性贡献较小;TiB2(P)/B4C界面残余热应力较大，TiB2颗粒对B4C-TiB2复相陶瓷的增韧效果明显;B4C晶粒细化、裂纹偏转和裂纹桥接是B4C-TiB2复相陶瓷强度、断裂韧性和硬度提高的主要原因。 另外，论文中以高比表面积、微孔结构碳为碳源，采用反应熔渗工艺制备出高性能B4C-SiC复相陶瓷。研究了颗粒级配以及碳含量对B4C-SiC复相陶瓷性能及微观结构的影响，并采用热力学计算对其反应机理进行了分析。研究结果表明，粗颗粒B4C粉体中加入一定质量分数细颗粒B4C粉体能显著优化素坯孔隙结构，减小孔直径，提高素坯致密度;采用级配粉体反应熔渗Si制备B4C-SiC复相陶瓷，碳的质量分数为5％时，B4C-SiC复相陶瓷密度为2.52g/cm3，弯曲强度为326MPa，弹性模量338GPa;采用单一粉体反应熔渗制备B4C-SiC复相陶瓷，材料性能随素坯中碳的含量的增加而上升，当碳的质量分数为12wt％时，B4C-SiC复相陶瓷密度为2.58g/cm3，弯曲强度为334MPa，弹性模量324GPa;随着素坯中碳含量的增加，B4C-SiC复相陶瓷材料内出现SiC连续相;液相硅与碳的反应机制为界面反应，溶解-析出和扩散控制，以溶解-析出机制为主，而液相硅与基体碳化硼的反应机制为界面反应和扩散控制，以扩散控制为主。 最后，在上述研究基础之上，根据应用需要，开展了高温气冷堆第二停堆系统用B4C-C中子吸收球的制备。采用两步法制备了满足应用要求的Φ6mmB4C-C中子吸收球。第一步对中子吸收球烧结体进行致密化处理，研究了力学性能与微观结构的变化规律;第二步采用表面包覆技术对致密化处理后的中子吸收球进行表面改性，研究了吸湿性能和磨损性能与结构的关系，攻克了高性能B4C-C中子吸收球(直径6mm)的批量化制备技术，吸收球密度、压碎力、抗冲击性能，以及耐吸湿和耐磨损性能均达到工况指标要求，相关技术应用于大连金玛硼业科技集团有限公司B4C-C中子吸收球的生产。