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金属间化合物具有高强度、优异的抗氧化、抗腐蚀性能,其韧性介于高温陶瓷材料与Ni基合金之间,耐磨损和抗冲击性能良好。这些优点使其在高温结构材料领域受到广泛关注,有望取代传统的不锈钢、钛合金、镍基合金等。而在众多金属间化合物中Fe-Al系金属间化合物的密度较小,价格低廉成本低,所以成为国内外广大学者研究的热点。但是,金属间化合物普遍存在室温脆性大这一缺点,并且在温度高于600℃时Fe-Al合金的强度和抗蠕变性能较低,这极大限制了该材料在工程中的应用。本文通过在Fe-Al金属间化合物中添加元素Ta,采用Bridgman定向凝固技术制备出不同凝固速度的Fe-Al-Ta共晶自生复合材料。使用金相电子显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、高分辨透射电镜,显微硬度仪和拉伸试验对材料进行测试分析,研究了该材料的组织形貌、相组成以及凝固参数对组织特性的影响。由于温度梯度高且热流方向单一,该材料组织在凝固速率为6-80μm/s时呈规则的共晶组织。增强相Laves相Fe2Ta(Al)以片层或纤维的形式均匀整齐的排列在基体相Fe(Al Ta)中。在低的凝固速率R=6μm/s下,增强相以层片状与基体相协同生长,随着凝固速率的增大,增强相的形貌由层片状逐渐转变为棒状纤维,层片或棒状间距逐渐减小,材料组织得到细化,并且该关系符合Jackson-Hunt的λ2R=K理论模型。固液界面也随着凝固速率的增大,具有平面状→胞状→绝对平面状的演化规律。Fe-Al-Ta共晶组织的位向关系为(221)Fe(AlTa)//(10 1 1)Fe2Ta(Al)且[002]Fe(AlTa)//[02 20]Fe2Ta(Al),两相界面为半共格界面。通过显微硬度测试发现不同凝固速率Fe-Al-Ta共晶合金的显微硬度都低于Fe3Al的显微硬度,并且随着凝固速率的增大显微硬度呈现减小趋势。对四个不同凝固速率的试样进行拉伸测试结果表明,该材料的室温抗拉强度最高可达到343.64Mpa,并且随凝固速率的增大,抗拉强度也随之增加。