本文利用机械合金化方法对Ti-Si纳米晶、非晶等亚稳态材料的制备工艺和反应机制进行研究,首次合成出面心立方结构的Ti3Si纳米颗粒,并通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等测试手段对其晶体结构、相演变过程及反应机制进行探讨。并将Ti3Si纳米材料作为减摩添加剂,应用于传统的润滑油体系中,对其作为润滑油添加剂的摩擦学性能进行研究。另外,本论文把正己烷(C6H14)掺入Ti-Si-C三元粉末中先进行机械合金化,以此来降低反应合成的能垒,再掺入Al和NaCl为助剂进行烧结,以降低反应合成的条件,合成出高纯度的Ti3SiC2粉体；分别采用放电等离子烧结法、热压烧结法、真空烧结法和无压烧结法成功合成出六方层状Ti3SiC2纳米片；研究了Ti3SiC2的反应机理,并探讨了其晶体生长机制；对其作为润滑油添加剂的摩擦学性能进行研究。主要研究内容包括：(1)整个合金化过程经历了从非晶态到结晶态的过程。根据X射线图谱,通过计算机拟合出Ti3Si的晶体参数,并经过理论计算证明该Ti3Si原子团为面心立方结构,从而得出了Ti3Si新相原子团的排布图。通过高分辨透射电镜得到了Ti3Si纳米颗粒的高分辨照片及选区电子衍射图,这与X射线衍射方法得出的晶体结构完全相符,验证了机械合金化100h后的Ti3Si原子团属于面心立方结构。(2)将Ti3Si纳米材料作为减摩添加剂,应用于传统的润滑油体系中,极大地改善了润滑油的摩擦性能。添加有Ti3Si纳米颗粒的润滑油在流体润滑区的减摩机理为,Ti3Si纳米颗粒在摩擦表面接触区域起到微滚动作用,变滑动摩擦为滚动摩擦。在边界润滑区,Ti3Si纳米颗粒在高载荷的作用下表面外壳发生破裂,核内部钛溢出,在微凸体接触区形成易剪切的软金属膜。硬度高的Ti3Si外壳在摩擦表面起到承载作用,同时减小接触区域的粘着作用,从而达到减摩效果。混合润滑区是一个过渡区域,它的减摩机理是在靠近流体润滑区一端表现为微滚动作用,而在靠近边界润滑区表现为低剪切应力的金属膜和高硬度的Ti3Si纳米颗粒抗粘着作用。(3)采用放电等离子烧结法制备Ti3SiC2纳米片。研究表明：以Al和NaCl为助剂结合放电等离子烧结工艺可以显著降低Ti3SiC2的合成制备温度,其制备高纯致密Ti3SiC2的烧结温度是比传统的烧结工艺低100℃～300℃。(4)在1250℃氩气氛围下,利用钛粉,硅粉,石墨,铝粉末并添加氯化钠的情况下,通过热压烧结合成出纯相的Ti3SiC2纳米片材料。许多Ti3SiC2颗粒上生长着形貌为标准的正六边形几何结构的片状晶粒,晶粒边界清晰,表面光滑,薄片的厚度在纳米级别,最薄处可达到5nm。(5)采用无压烧结法制备Ti3SiC2纳米片。样品中出现大量的独立六方片状Ti3SiC2晶粒,这与热压烧结法合成出的片层堆垛的Ti3SiC2晶粒形貌不同。(6)Ti3SiC2二维成核的生长机理被提出。该层晶体(002)面的生长过程是由两个不同的步骤组成的,即间歇的二维成核和连续的生长层的横向扩展。根据Donnay-Harker理论,Ti3SiC2的晶体形态是由(002),(100)和(101)晶面的相对生长速度所决定的。(7)将Ti3SiC2纳米片作为减摩添加剂,应用于传统的润滑油体系中,极大地改善了润滑油的摩擦性能。Ti3SiC2纳米片在摩擦过程中很好的起到了填充修补作用,从而防止了犁沟的进一步加深,避免了接触面积的减小,减小了摩擦副之间的压强,保护了材料的表面。