本文系统分析了Al-TiO2-X系的热力学、动力学，结合Merzhanov热力学判据和XD原位反应法的特点选择合适的增强相体积分数，成功制备了体积分数分别为30％和40％的Al-TiO2-X系铝基复合材料，系统分析了反应产物的微观结构及其与基体的界面结构。建立了Al-TiO2基本反应系的动力学模型，并系统分析和研究了该系复合材料的常温和高温力学性能，常温和高温磨损性能及其增强机理和磨损机理。同时还运用Al-Fe2O3反应系成功制备了铸铁管陶瓷内衬，并初步探讨了该系的反应机理和陶瓷内衬铸铁管的隔热性能。 系统计算了Al-TiO2-X系反应热力学，计算表明该系中各反应均能自发进行，理论燃烧温度Tad均超过Merzhanov反应自我维持的1800K判据值。在增强相体分数为30％、40％时，理论燃烧温度在1800K左右，结合XD原位反应法的特点，理论上可制备增强相体积分数为30％和40％的铝基复合材料。 系统摸索了Al-TiO2-X系XD合成铝基复合材料的制备工艺，得出一套较为合理的工艺参数。并在此基础上成功地制备出了体积分数分别为30％和40％的铝基复合材料。特别是通过工艺探索发现1)在理论燃烧温度低于Merzhanov判据值时可通过提高升温速率来保证反应正常进行。2)在理论燃烧温度高于Merzhanov判据值时，升温速率太低仍不能使反应正常进行。3)一般在增强相体积分数低于10％时，即-使提高升温速率也难以保证反应正常进行。 运用TEM、SEM、EDS、X-Ray、金相等手段系统分析和鉴定了Al-TiO2-X系各反应系的反应产物：Al2O3、Al3Ti、TiB2、TiC，及其微观结构和界面结构。首次发现： 1)Al2O3晶粒在两个晶面(111)和(112)上发生孪晶，孪生方向分别为[112]和[221]。Al2O3与基体不润湿，不存在位向关系，不能成为铝基体结晶时的核心。一般偏聚在基体颗粒的界面，为稳定的α型结构。 2)TiB2与铝基体存有以下位向关系：[231]Al//[001]TiB2，(20(4))aL//((2)40)TiB2它可以成为铝基体结晶时的核心，细化基体晶粒，同时又可使Al2O3的分布均匀性提高。3)在Al-TiO2-X系中棒状物Al3Ti的量随X/TiO2摩尔比的提高而逐渐减少，在摩尔比为一定值时，Al3Ti基本消失。 4)有的Al3Ti贯穿于多个基体颗粒，并在基体中的均匀分布。在Al-TiO2系中，Al3Ti的形貌随增强相体积分数的提高由细长形向粗短形演变。 5)TiC在基体中的分布均匀，与基体的共格性好，有的被基体润湿，能成为基体结晶时的外来核心，基体晶粒明显细化。 通过动力学分析与计算获得Al-TiO2-X系各反应的反应活化能，以及各反应系的燃烧稳定化系数。建立了Al-TiO2-X反应系中最基本的Al-TiO2反应动力学模型，并分析和研究了其主要影响因素。结果发现液态Al首先与分散在基体中的TiO2颗粒接触在1000K左右时发生液固化学反应，生成热力学稳定的Al2O3和活性的Ti原子，由于Al2O3与液态Al的不润湿性，偏聚于反应界面，而活性钛原子则在高温和浓度梯度的作用下穿过反应界面进入基体Al液中，随着反应的进行，反应界面逐渐减少，同时界面处的Al2O3颗粒增加，Ti原子的扩散阻力增加。该系的其它反应均是在其基础上进行的。 力学性能研究发现： 1)常温下该系复合材料的力学性能与基体相比提高3～5倍，同一反应系中其力学性能随X/TiO2摩尔比的提高而提高，一般在18％～30％，与此同时延伸率均随之增加，增幅在30％～150％。当Al-TiO2-X系列中有棒状物时，断口表现为棒状物的解理断裂以及等轴细小韧窝：无棒状物时，断口则为均匀而细小的等轴韧窝，断裂为韧性断裂。 2)高温下723K时，该系中材料的最低的抗拉强度仍达80MPa，延伸率提高近一倍。当材料中有棒状物时，断口表现为棒状物从与基体中结合相对弱的一侧拔出形成的洞坑以及等轴韧窝；当材料中无棒状物时，断口表现为均匀细小韧窝，并随试验温度的提高韧窝变浅、变大。 3)Al-TiO2-X系中未加组元X时，复合材料的强化机制为位错塞积强化＋弥散强化，而加入组元X后，强化机制为位错强化、奥罗万强化、细晶强化三种机制的组合。 磨损试验表明： 1)常温下在相同条件时，Al-TiO2系耐磨性最差，磨面易出现垂直于滑行方向的微裂纹。Al-TiO2-C系、Al-TiO2-B2O3-C系、Al-TiO2-B2O3系耐磨性依次提高。增强相中Al3Ti在亚表层区受弯曲应力，易产生微裂纹，在接近磨面表层时碎裂成磨粒，对基体产生犁削作用，对耐磨性的提高不利;而TiC、TiB2尺寸细小，分布均匀，可细化基体，改善组织分布，对提高耐磨性有利。 2)Al-TiO2-X系XD合成的铝基复合材料的磨损量与滑动速度的变化规律相似，室温时磨损量的峰值发生在0.9m/s左右，试验温度提高时，该峰值将向速度减小的方向移动。 3)Al-TiO2-X系铝基复合材料的显微组织总体上可分为三种类型：1)偏聚颗粒Al2O3＋棒状物Al3Ti：2)均匀颗粒＋棒状物Al3Ti；3)均匀颗粒。磨损机制为磨粒磨损、氧化磨损和粘着磨损的组合。第一种类型：磨损以磨粒磨损为主，粘着磨损、氧化磨损为辅。第二种类型：磨粒磨损减弱，粘着增强。第三种类型：磨损以粘着磨损为主，磨粒、氧化磨损为辅。 成功地运用原位反应技术在铸铁管中生成陶瓷内衬。摸索发现较佳的添加剂为SiO2，并得出陶瓷层的厚度和反应时熔池的移动速度与添加剂加入量的变化规律。 通过陶瓷内衬铸铁管的隔热性能研究得出: 1)陶瓷层的阻热效果明显，在SiO2添加量分别为55％、10％、15％时，管表面温度与纯铸铁管相比分别下降了23.6％、32.7％和41.4％。 2)陶瓷内衬铸铁管的隔热效果随管中心温度的提高而下降，随添加剂SiO2的增加而增强。