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Laves相是一类具有拓扑密排结构的金属间化合物，兼有金属键和共价键特征，表现出高温结构材料所期望的优异性能，如高温强度高、弹性模量大、形变硬化率低、自扩散慢和组织结构稳定性好等特点。其中合金元素Cr与难熔金属Nb元素形成的Laves相Cr2Nb，其熔点达1730℃，比重仅为7.7g/cm3，而且单相Cr2Nb合金在1200℃的屈服强度仍高达600MPa，许多Ni基高温合金在此温度下的强度已基本消失，这预示着Laves相Cr2Nb极具作为耐温1200℃以上新型高温结构材料应用的潜力。然而，由于Laves相复杂的晶体结构、位错滑移方式和特殊的物理冶金特性，使得该类合金的室温脆性很大，极大地限制了其作为先进高温结构材料的应用。
为了改善Laves相Cr2Nb的室温变形能力，本文采用机械合金化结合放电等离子烧结的方法制备了具有超细晶粒的Cr2Nb合金，该合金中除了Cr2Nb外，还形成了Cr和Nb固溶体，其主要原因是脉冲电流的作用降低了形核势垒，加速了原子的扩散，从而在粉末颗粒的接触表面发生非平衡凝固。随着球磨时间的增加，烧结试样中Laves相Cr2Nb的晶粒尺寸先增大后减小，最低仅为0.08μm。Laves相Cr2Nb合金的室温断裂韧性最高可达11.3±0.5MPa·m1/2，为熔铸态Cr2Nb的近10倍。研究结果表明，Nb和Cr固溶体引起的第二相增韧以及细晶增韧提高了Cr2Nb的断裂韧性。
虽然放电等离子烧结制备的单相Cr2Nb的断裂韧性得到了较大幅度的提升，但还不足以满足其工业化应用的要求。为此，我们以Cr-18.5at.%Nb共晶合金为研究对象，通过向Cr2Nb粉末中添加适量的Cr粉，使其成分为Cr-18.5at.%Nb共晶成分，来进一步提高Cr2Nb的室温韧性。微观结构分析表明，Cr-18.5at.%Nb共晶合金的组织为拉长的Cr相和分布于其间的细小的Cr相、Nb相和Cr2Nb相，其形成主要是由于放电等离子烧结过程中，粉末颗粒接触表面的温度急剧升高，使得Cr2Nb粉末和Cr粉末均发生局部熔化，在脉冲电流的作用下，局部熔区的原子扩散速度加快，导致Nb相从Laves相Cr2Nb中原位析出，同时由于Cr2Nb粉末中预制了畸变能，熔化的液态Cr相可以进入Cr2Nb粉末，从而形成细小的Cr相、Nb相和Cr2Nb相弥散均匀分布的组织，而粉末颗粒内部温度较低，没有熔化的Cr粉末则以大块Cr的形式存在。Cr-18.5at.%Nb合金的断裂韧性达到了15.4±0.4MPa·m1/2，约为单相Cr2Nb的13倍，与电弧熔炼制备的Cr2Nb/Cr合金相比增得到了显著提高。共晶合金烧结后组织中含有大块的Cr相，在断裂过程中会发生较大的变形，是其断裂韧性显著提高的主要因素。
值得注意的是，放电等离子烧结脉冲电流与金属粉末作用时会产生焦耳热效应和非热效应，其中焦耳热效应是诱导组织纳米化的控制因素，而非热效应会造成粉末颗粒定向排列，形成较强的织构。但是，在脉冲电流焦耳热效应和非热效应的耦合作用下，组织会偏离平衡态，目前尚不清楚放电等离子烧结过程中焦耳热效应和非热效应对组织纳米化及织构形成的影响。因此，本文开展Laves相基复相合金脉冲电流非热效应下的组织纳米化行为及织构演变研究。结果表明，在脉冲电流的快速加热作用下，粉末会发生热-机械疲劳，造成晶粒的细化；放电等离子烧结过程中，Cr2Nb相会在压力方向形成强的<110>和弱的<100>丝织构，其中<100>丝织构的形成与脉冲电流非热效应下电子的定向运动有关，而<110>丝织构的形成主要受脉冲电流热效应的原子定向扩散的影响。
为了改善Laves相Cr2Nb的室温变形能力，本文采用机械合金化结合放电等离子烧结的方法制备了具有超细晶粒的Cr2Nb合金，该合金中除了Cr2Nb外，还形成了Cr和Nb固溶体，其主要原因是脉冲电流的作用降低了形核势垒，加速了原子的扩散，从而在粉末颗粒的接触表面发生非平衡凝固。随着球磨时间的增加，烧结试样中Laves相Cr2Nb的晶粒尺寸先增大后减小，最低仅为0.08μm。Laves相Cr2Nb合金的室温断裂韧性最高可达11.3±0.5MPa·m1/2，为熔铸态Cr2Nb的近10倍。研究结果表明，Nb和Cr固溶体引起的第二相增韧以及细晶增韧提高了Cr2Nb的断裂韧性。
虽然放电等离子烧结制备的单相Cr2Nb的断裂韧性得到了较大幅度的提升，但还不足以满足其工业化应用的要求。为此，我们以Cr-18.5at.%Nb共晶合金为研究对象，通过向Cr2Nb粉末中添加适量的Cr粉，使其成分为Cr-18.5at.%Nb共晶成分，来进一步提高Cr2Nb的室温韧性。微观结构分析表明，Cr-18.5at.%Nb共晶合金的组织为拉长的Cr相和分布于其间的细小的Cr相、Nb相和Cr2Nb相，其形成主要是由于放电等离子烧结过程中，粉末颗粒接触表面的温度急剧升高，使得Cr2Nb粉末和Cr粉末均发生局部熔化，在脉冲电流的作用下，局部熔区的原子扩散速度加快，导致Nb相从Laves相Cr2Nb中原位析出，同时由于Cr2Nb粉末中预制了畸变能，熔化的液态Cr相可以进入Cr2Nb粉末，从而形成细小的Cr相、Nb相和Cr2Nb相弥散均匀分布的组织，而粉末颗粒内部温度较低，没有熔化的Cr粉末则以大块Cr的形式存在。Cr-18.5at.%Nb合金的断裂韧性达到了15.4±0.4MPa·m1/2，约为单相Cr2Nb的13倍，与电弧熔炼制备的Cr2Nb/Cr合金相比增得到了显著提高。共晶合金烧结后组织中含有大块的Cr相，在断裂过程中会发生较大的变形，是其断裂韧性显著提高的主要因素。
值得注意的是，放电等离子烧结脉冲电流与金属粉末作用时会产生焦耳热效应和非热效应，其中焦耳热效应是诱导组织纳米化的控制因素，而非热效应会造成粉末颗粒定向排列，形成较强的织构。但是，在脉冲电流焦耳热效应和非热效应的耦合作用下，组织会偏离平衡态，目前尚不清楚放电等离子烧结过程中焦耳热效应和非热效应对组织纳米化及织构形成的影响。因此，本文开展Laves相基复相合金脉冲电流非热效应下的组织纳米化行为及织构演变研究。结果表明，在脉冲电流的快速加热作用下，粉末会发生热-机械疲劳，造成晶粒的细化；放电等离子烧结过程中，Cr2Nb相会在压力方向形成强的<110>和弱的<100>丝织构，其中<100>丝织构的形成与脉冲电流非热效应下电子的定向运动有关，而<110>丝织构的形成主要受脉冲电流热效应的原子定向扩散的影响。