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本文采用反应热压(RHP)制备工艺，利用Ti、Al、TiO2以及Nb2O5粉末之间的放热反应，在较低的温度下，制备了Nb2O5强化Al2O3/TiAl复合材料。借助差热分析(DTA)、X-射线衍射分析(XRD)、光学金相显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)等手段，研究了放热体系的反应机理，考察了Nb2O5对Al2O3/TiAl复合材料物相分布、微观组织结构的影响；通过力学性能测试，初步探讨了材料的断裂及强韧化机理；采用热重(TG)实验评价了材料的高温抗氧化性能。
基于热力学和动力学理论，结合DTA和XRD分析，运用分解反应过程的方法，探讨了Al-Ti-TiO2-Nb2O5体系反应的微观过程。体系的反应过程大致为：在Al熔化的同时，发生了Al和Nb2O5的置换反应，出现NbO2和Nb等中间产物，同时放出了较多的热量；这些热量促使Al，Ti较早化合生成TiAl3，随即引发Al和TiO2较早地反应，最终使得材料在较低的温度下(约为1200℃)达到致密烧结。
XRD、SEM以及OM测试显示，Nb2O5强化Al2O3/TiAl复合材料的产物由γ-TiAl，a2-Ti3Al，Al2O3和NbAl3相构成，Al2O3颗粒分布于基体交界处，存在一定程度的偏聚。Nb2O5的引入，改变了基体γ-TiAl相和a2-Ti3Al相的相对含量，γ-TiAl相的含量减少，a2-Ti3Al相含量增大。同时，基体晶粒有所细化，且分布逐渐趋于均匀。当Nb2O5的引入量为6wt％时，组织主要由a2/γ层片状晶团组成，出现了比较完整的γ晶粒，属于近片层组织(NL)结构类型，层片状晶团的尺寸小于50μm，γ晶粒尺寸小于5μm。
在30MPa、1200℃的实验条件下，可以获得致密性较好的复合材料，相对密度在94.6-96％.之间。力学性能测试表明，添加Nb2O5的复合材料的抗折强度明显高于未添加Nb2O5的材料的抗折强度，且当Nb2O5的引入量为6wt％时，抗折强度达到最大值，约为593MPa；随着Nb2O5添加量的逐渐增大，复合材料的弹性模量和比刚度均呈上升趋势；当Nb2O5的引入量为6wt％，20wt％时，材料的维氏硬度(Hv)分别为4.77GPa和5.14Gpa，断裂韧性(KIC)分别为8.93MPa·m1/2、8.68MPa·m1/2，材料韧性较好。
断口形貌SEM测试表明，材料的断裂方式主要是准解理断裂和沿晶断裂，并伴有少量的穿晶断裂，表现出脆性断裂方式；协同韧化、晶粒细化和第二相颗粒增韧是材料的主要强韧化机制。
1000℃下的热重实验显示，在1000℃/1h的工况下，Nb2O5添加量为10wt％时，复合材料的氧化速率为0.23mgn·cm-2n·h-1，较Al2O3/TiAl复合材料降低了一个数量级，Nb2O5的添加显著降低了的初始氧化速率；在1000℃/12h的工况下，添加10wt％Nb2O5的材料的氧化增重为6.75mg·cm-2，具有可接受的抗氧化能力。