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近年来,γ-TiAl基合金作为新一代轻质高温结构材料在全世界范围内引起了学者和科研机构广泛的关注和研究,但是较低的室温断裂韧性和高温蠕变抗性严重阻碍了γ-TiAl基合金的和实际应用。本工作以等离子旋转电极雾化(Plasma Rotating Electrode Processing,PREP)技术制备γ-TiAl基预合金粉末为原料,采用放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,SPS)技术可以快速制备具有细小晶粒且含有少量高温残留β相的TiAl基合金。利用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、差热分析(DSC)、透射电镜(TEM)等分析手段系统的研究了工艺参数对获取高质量预合金粉末的影响,以及放电等离子烧结温度和成型压力对粉末烧结体显微组织、力学性能和粉末体致密化机理的影响,通过以上研究得到如下结论：1、对PREP制备的Ti-47A1-2Cr-2Nb-0.2W(at.％)预合金粉末研究结果表明,采用该技术制备的合金粉末平均粒径约为85μm,球形度高,纯度高,平均氧、氮杂质分别为550ppm和40ppm。确定了粉末直径与电极棒转速关系为：d=(12000/n)D-1/2-140.确定了粉末颗粒内部显微组织随着颗粒直径的增加由亚晶组织向等轴胞状枝晶演化规律；粉末主要由大量α2相和少量的γ相组成,随着粒径减小,γ相含量随之减小,α2/γ比例增加,且会生成一定量的β(B2)相。2、研究了SPS烧结温度和成形压力对粉末烧结体显微组织和力学性能的影响。发现,在不同成形压力下烧结温度超过1100℃时均可获得致密度高于99.6%的致密体。SPS烧结TiAl基合金过程中,成形压力不会对烧结体显微组织产生影响,成形压力增加会改变烧结初期粉末体密度和后期致密化程度。不同温度烧结试验表明合金粉末在900℃时,粉末烧结体以γ相为主,含少量α2相；当烧结温度超过1200℃时,组织内存在少量高温残留B2相,α2相、β相和γ相存在如下晶体学关系：(0001)α2//｛111｝∥｛110｝β,<1120>α2//<110>γ//<111>β；1300℃烧结样品中有形变诱导α2→γ相变以及形变孪晶产生。粉末烧结体显微组织主要取决于烧结温度,1100℃时为双态组织、1200℃时为近层片组织、1250℃为全层片组织。SPS烧结合金在1100℃具有最高的压缩断裂强度、压缩延伸率和拉伸断裂强度,分别为2367MPa.600MPa和2.25%。室温拉伸性能测试表明,合金断裂方式为脆性断裂,高温(800℃时)拉伸时强度和延伸率分别为435MPa和45%。3、系统研究了SPS制备TiAl基合金过程的致密化机理。发现,在SPS制备TiAl基合金过程中致密化可分为三个不同阶段,即初期粉末颗粒重排阶段、中期电火花放电烧结颈形成阶段和高温塑性变形致密化阶段。同一烧结温度下烧结中期小尺寸粉末颗粒相互粘结,随着烧结温度的升高,大尺寸颗粒发生大幅度塑性变形从而完成致密化。相同烧结温度下增加成形压力会增加第一阶段致密化程度和第三阶段致密化速率,通过分析确定了烧结过程的致密化方程：第一阶段：p1=(2.65±0.4)0.01Pt,(1<t<100s)；第二阶段致基本密度保持不变；第三阶段：p3=0.942exp[(2.62±0.6)×10-4t],(600<t<1100s).4、通过SPS烧结制备了TiA1-Nb(5-10at.％)复合材料。分析了不同Nb添加量和烧结温度对复合材料显微组织和室温断裂韧性的影响。研究表明,添加Nb元素粉末可以提高材料致密度,在1150℃时致密度可达99.2%。通过改变烧结温度和Nb粉添加量可以生成具有多相组织的复合材料,并有效提高复合材料的室温断裂韧性,最高室温断裂韧性为28.7MPa·m1/2。