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TiZr基非晶合金具有高玻璃形成能力和优异的力学性能，β型非晶内生复合材料具有良好塑性变形甚至加工硬化能力，这两种材料都具有良好的应用前景。本论文主要从结构设计的角度研究了TiZr基非晶合金及β型Ti基非晶内生复合材料。 开发出了同时具有高玻璃形成能力和较大压缩塑性的Ti-Zr-Cu-Fe-Be非晶合金，电弧熔炼Ti31.9Zr33.4Cu8.7Fe4Be22和Ti36.2Zr30.3Cu8.3Fe4Be21.2150 g合金锭即为非晶态。所研究的Ti-Zr-Cu-Fe-Be非晶合金的玻璃形成临界尺寸均大于20 mm，压缩塑性大于5％。在Ti36.2Zr30.3Cu8.3Fe4Be21.2非晶合金中观察到了离子减薄导致的微米尺度规则图案并伴随成分起伏，亮暗区域之间的过渡区域最易发生晶化，但铸态非晶合金中所有组元都均匀分布。因此提出了一个离子减薄导致非晶合金微米尺度不均匀性以及过渡区域优先晶化的机制。 研究了不同冷速下Ti45.7Zr33Cu5.8Co3Be12.5(BT48)非晶内生复合材料的微观组织。当冷速较快，β-Ti的体积分数会随着冷速的降低而增加，β-Ti和非晶基体的成分也会发生变化;当冷速较慢，β-Ti枝晶发生熟化，但其体积分数以及两相成分均不随冷速发生变化。根据此实验结果建立了两相准平衡理论。 根据两相准平衡理论，解释了Be元素在非晶内生复合材料两相中分布的差异性;设计制备了不同体积分数非晶内生复合材料，并阐述了制备过程中β-Ti析出、熟化的规律;提出了调控非晶内生复合材料中β相结构稳定性的方法和设计外加型非晶复合材料的新思路。 通过研究Ti45.7Zr33Ni3Cu5.8Be12.5(ZT-M)非晶内生复合材料的微观组织，明确了过冷液相对亚稳β相具有稳定作用，并利用界面负熵模型计算得到α-Ti在界面形核的临界长度。这种界面的负熵稳定作用在亚稳β型非晶内生复合材料中具有普适性。研究了Ti5oZr34.9Cu1Fe2.8Be113(Cu1)、Ti48Zr33.5Cu5Fe2.7Be1o.8(Cu5)和Ti46.5Zr32.4Cu8-Fe2.6Be1o.5(Cu8)非晶复合材料中β相的结构稳定性、力学性能和变形机制。Cu8合金具有最高的屈服强度;Cu1合金的屈服强度次之;Cu5合金表现出二次屈服特征，具有最低的屈服强度，但屈服后呈现强烈的加工硬化能力，压缩强度最高。循环加载测试表明，只有Cu5合金表现出超弹性应变(2.7％)。Cu1和Cu8中β相的塑性变形机制为位错运动，Cu5合金在较低的应力下发生亚稳β-Ti向α"-Ti的可逆马氏体相变，α"-Ti在后续加载过程中出现孪晶。 在Ti59.1Zr37Cu2.3Fe1.6(CF1)合金中发现了非晶相。非晶相的形成与冷却速率无关，非晶相与周围基体的成分也无明显差别。非晶相的分布与周围β相基体具有明显的取向关系。提出了一种新的非晶相形成机制:相变过程中，亚稳β相内部晶格部分坍塌导致非晶化。晶格坍塌过程中，一些{112}和{111}晶面最容易得以保留，柳叶状非晶区域沿<001>β和<110>β方向分布。在亚稳β相晶粒内部通过这种机制形成的非晶相可称为“非晶马氏体相”。