弥散强化的第二相粒子是从外部加入的不溶或难溶粒子，一般为高熔点的氧化物、碳化物和氮化物，其强化作用可保持到较高温度。化合物在固溶体晶粒内呈弥散质点或粒状分布，既可显著提高合金强度和硬度，又可使塑性和韧性下降不大，并且颗粒越细小，越呈弥散均匀分布，强化效果越好。

1916年，德国首先制造出用二氧化钍强化的钨丝。1919年，这种钨丝在美国工业中开始应用。1946年出现了烧结铝（SAP），1962年制成镍-二氧化钍合金（TD-Ni）。1970年发明了机械合金化方法，粉末冶金弥散强化合金获得较大进展，出现了用弥散强化和时效硬化或固溶强化方法结合起来制成的一系列高温合金。截至21世纪初，实用的弥散强化合金有20多种。中国从20世纪50年代开始研制粉末冶金弥散强化合金以来，已研制出以铝、铜、镍、铁等为基体的弥散强化合金。

弥散强化的实质是利用弥散的超细微粒阻碍位错的运动，从而提高材料在高温下的力学性能。为此，对弥散的超细微粒有如下要求：微粒尺寸要尽可能小（0.01～0.03微米），微粒的间距要达到最佳程度（约0.1微米），在基体中分布要均匀；微粒与基体金属不相互作用，在高温下微粒相互集聚的倾向性小。弥散强化相含量一般小于10%。应用较多的是氧化铝、氧化钍、氧化锆、氧化钇、氧化铍、氧化铅、碳化铍、氮化铪、氮化锆等。在弥散强化合金中，已投入工业性生产的有铝、镍、铁、钨、铍、铜、铅等金属和合金。

粉末冶金弥散强化合金的制粉工艺主要有表面氧化法、内氧化法、化学共沉淀选择还原法和机械合金化法等。

利用某些活性金属粉末能在颗粒表面形成很薄的难熔氧化物膜，获得弥散强化的效果，如铝的氧化膜厚约100微米。一般采用空气雾化制粉。为破碎氧化膜和增加新氧化表面，需进行机械研磨。通常成形工艺中采用热变形加工以利于进一步破碎氧化膜和金属颗粒间的烧结。

利用合金中某些活性溶质元素的选择氧化，控制温度、时间、氧分压等工艺参数获得强化相弥散均匀的材料。弥散强化铜-氧化铝合金主要用此法生产。采用雾化铜-铝合金粉末，用氧化铜粉作为氧源，约在875℃进行内氧化。粉末装入铜包套中，约在925℃下挤压成材。弥散强化铜-氧化铝合金由于具有较好的高温强度和导电性，主要用于电阻焊电极、白炽灯引线、电动机转子绕组、管式热交换器及部分电真空器件。

将基体金属与弥散强化相组元如镍和钍或镍与铪的盐溶液或氧化物溶胶，用沉淀剂使它们共沉淀，并热解得到极均匀的混合氧化物，再用氢气还原，得到在被还原的基体金属中均匀弥散的难熔氧化物微粒（氧化铝、氧化镁、氧化钍、氧化铪、氧化锆）。用此方法可制取镍-氧化钍、铜-氧化铝弥散强化合金等。

通过高能球磨，使粉末颗粒反复产生塑性变形或破碎，导致粉末颗粒中原子扩散而获得合金化粉末。自1969年发明机械合金化技术以来，氧化物弥散强化高温合金得到了快速发展，包括氧化物弥散强化镍基高温合金和铁基高温合金。商业应用的氧化物弥散强化高温合金已经达到20多种，包括先进航空发动机、燃气轮机的耐高温抗氧化部件，核反应堆包壳管，冶金、汽车、石化、玻璃等行业的耐高温抗腐蚀结构件。

通过上述方法制取的合金粉末可经压制成形，烧结成坯料，再热塑性加工成材，也可直接经包套热成形（热等静压、热挤压等）成为致密程度很高的坯材。热加工后经二次再结晶，使挤压、轧制材的晶粒长大，可进一步提高合金高温下的强度。大多数合金再结晶后显微组织呈密集的退火孪晶，这种组织可阻缓裂纹扩展，增加使用寿命。