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TiAl合金具有低密度、高比强、高模量、高蠕变抗力等优异性能,比镍基高温合金减重约50%。影响TiAl合金大规模工业应用的主要障碍表现在两方面:室温塑性不足和加工成形难π度大,因此目前TiAl合金只能应用于航空发动机650-750℃的部件。电子束选区熔化技术(EBM)作为一种增材制造工艺(3D打印),可实现TiAl合金的近净成形。但由于缺乏系统的凝固相变机理研究,成形过程中无法实现精密的组织性能调控,EBM制备TiAl合金仅能达到铸造水平,无法实现性能的提升。本文以高Nb-TiAl合金为母合金,系统地开展了 EBM技术制备高Nb-TiAl合金的组织性能研究。全文主体包括三部分:成形性能研究、凝固相变机制研究和显微组织性能调控研究。首先,通过全面的工艺控制研究,解决了吹粉、缩孔、脱铝等制备缺陷,通过综合调控铺粉、预热、熔化等工艺过程,扩大了高Nb-TiAl合金的稳定成形工艺窗口,为下文的组织性能调控奠定了基础。其次,结合温度场仿真模拟和显微组织观察,揭示了在高频波动温度场下初始非平衡组织的演变规律,确定了高Nb-TiAl合金的凝固相变过程,提出了“快速凝固-热影响区相变-组织退化”的成形态显微组织形成机制,为下文的组织性能调控提供了理论依据。最后,结合EBM凝固相变机制的研究结果,从显微组织性能调控、各向异性柱状晶组织形成机制、陶瓷纳米复合材料的成形机制三个方面,充分发挥EBM对凝固相变过程的控制力,拓展了 EBM成形高Nb-TiAl合金的自由度,创新性获得了包括细小均匀全片层组织、各向异性柱状晶片层团组织、纳米TiC均匀弥散分布等轴组织在内的多种TiAl显微组织结构,并实现了力学性能的提升,EBM打印高Nb-TiAl的室温和高温抗拉强度较铸造热处理高Nb-TiAl合金提高100～200MPa。本工作初步建立了高Nb-TiAl合金EBM成形制备过程的“成形工艺-显微组织-力学性能”间的关系,并以凝固相变机制研究为基础,创新性开发出了多种成形制备和显微组织调控方法,为获得性能更加优异的TiAl合金设计和优化提供了新思路。