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无镍Ti基形状记忆合金（SMAs）具有优良的生物相容性和超弹性,使其在生物医学领域受到越来越多的关注。多孔Ti基SMAs的多孔结构还带来了低弹性模量（与人体骨弹性模量更匹配）和有利于骨组织生长等优点,成为医学应用前景良好的骨植入材料。但是,高孔隙的引入会使合金强度与超弹性大幅降低。目前能满足人体骨强度和可恢复应变要求的多孔Ti基SMAs的孔隙率都没有超过50%。因此,需要提升多孔Ti基SMAs的强度和超弹性,这是生物医用高孔隙率Ti基SMAs急需解决的关键问题。针对高孔隙率Ti基SMAs超弹性偏低的问题,本研究首先对本课题组前期研究中具有较高超弹性的烧结态Ti-13Nb SMAs的控氧烧结工艺进行优化,希望进一步降低合金中的氧含量（少量的氧会提高Ti-Nb基SMAs中α”马氏体相形成的临界应力,从而降低合金的超弹性）,但是优化的控氧工艺的控氧效果不理想。因此,后续研究采取了全新的思路来降低烧结态Ti-Nb基合金的氧含量,即首先选择了超弹性更好的Ti-Nb-Zr三元体系,并利用TiH2和ZrH2氢化粉末替换传统的Ti和Zr金属粉末（暂时无商用Nb H2粉末,仍采用Nb金属粉末）进行控氧烧结,以期获得具有低氧含量与更高超弹性的Ti-Nb-Zr合金。研究表明,利用TiH2和ZrH2氢化物粉末代替纯金属粉末,并采用放电等离子体辅助球磨（等离子球磨）工艺快速细化和活化合金粉末,以减少球磨过程中粉末的氧化,成功将烧结态Ti-（11-15）Nb-18Zr合金的氧含量从前期的0.80 wt.%大幅降到0.40 wt.%以下,达到医用外科植入Ti合金的国家标准;烧结温度则从前期的1400°C降到1000°C。氧含量的降低,提升了合金的超弹性,其中Ti-12Nb-18Zr合金的Ms温度接近室温,获得了1.5%的优异超弹性及4.1%的可恢复应变,这是烧结态Ti-Nb-Zr SMAs中报道的最高值。另外,由于烧结温度的大幅降低,Ti-（11-15）Nb-18Zr合金的晶粒尺寸从50～100μm减小到3～8μm,晶粒尺寸的细化显着提高了合金的强度。针对高孔隙率Ti基SMAs强度过低的问题,本研究设计了全新的SiC增强多孔Ti基SMAs复合材料。首先挑选了生物友好的高强度SiC细纤维（表面涂覆BN涂层,以降低高温烧结的界面反应）,对SiC纤维在多孔基体中的分散工艺进行了探索,利用粉末布法和混合法分别制备出纤维定向和非定向排布的SiCf/多孔Ti-12Nb-18Zr复合材料,研究了纤维含量对复合材料力学性能的影响,并对两种方法制备的复合材料进行了力学性能评估。最后,对优选的混合法制备的复合材料的断口进行了全面和深入分析,研究了复合材料的变形断裂行为,并深度解析了复合材料的强度和塑性同时增加的机理。研究表明,本研究选择表面涂覆BN涂层直径为10μm的SiC纤维作为增强纤维,BN涂层不仅减轻了烧结过程中SiC纤维与多孔基体的界面反应,还缓解了SiC纤维与基体界面间因多孔基体收缩而产生的残余应力,烧结后界面处获得了较为紧密的结合。通过预制粉末片和纤维片的堆叠以及二次压制实现了SiC纤维在复合材料中的定向排布,成功烧结制备出SiC纤维定向排布的SiCf/多孔Ti-12Nb-18Zr复合材料;通过先将剪短的SiC纤维与合金粉末先混合,再将碳酸氢铵加入其中进行短时间混合的方法,实现了SiC纤维在复合材料中的非定向均匀分散,成功烧结制备出SiC纤维非定向排布的SiCf/多孔Ti-12Nb-18Zr复合材料。混合法制备的纤维非定向排布的SiCf/多孔Ti-12Nb-18Zr复合材料表现出更为优异的增强效果、更好的塑性以及更为稳定的力学性能,其中,孔隙率为50%、SiC含量为3 vol.%的复合材料的压缩屈服强度、压缩强度和弯曲强度分别为126.4 MPa、572.2 MPa和418.5 MPa,较多孔Ti-12Nb-18Zr基体合金的压缩屈服强度提高了约1倍、压缩强度提高了约3倍,弯曲强度提高了约2倍。另外,复合材料屈服强度的提高提升了其超弹性应变和弹性应变,其中孔隙率为50%、SiC含量为3 vol.%的复合材料的可恢复应变由2.0%提升到2.5%。SiCf/多孔Ti-12Nb-18Zr复合材料的强韧化机理如下:基体和孔隙中的纤维承载外力,由此复合材料的强度得到提升（一次强化）;随着压缩应力继续提升,纤维继续承载,并缓解多孔基体孔壁局部缺陷处的应力集中,有效抑制了裂纹生成,使得复合材料在屈服阶段后进入了孔隙致密化阶段,其强度随着纤维持续承载和孔隙致密化而得到再次大幅增加（二次强化）。同时,由于本研究纤维含量较低、非定向排布,纤维对多孔基体塑性变形的约束很小,复合材料表现出与多孔基体类似的塑性变形（一次塑性变形）;随着压缩应力继续提升,纤维承载缓解了多孔基体中缺陷处的应力集中及裂纹生成,以及孔隙进入致密化阶段,基体的塑性变形能力得到增强,因此复合材料塑性变形得到大幅增加（二次塑性增加）。