本文以Ti60(120~220μm)-Ti B2(1~8μm)体系为原料,采用低能球磨与反应热压烧结相结合的技术成功制备了增强体呈三维网状结构的Ti Bw/Ti60复合材料,其中Ti Bw体积分数分别为1.7%、3.4%、5.1%和6.8%。从热力学角度分析了Ti60粉末和Ti B2粉末制备钛基复合材料的可行性,设计了Ti60-Ti B2体系热压烧结工艺参数。采用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等方法分析了原位自生钛基复合材料的物相组成、微观组织、增强体的形态与分布、增强体/基体界面。测试了复合材料烧结态及挤压变形后的室温力学性能和高温力学性能,分析了挤压变形对复合材料组织和性能的影响机制,并结合断口形貌分析了不同状态下复合材料的断裂机理。最后研究了三维网状结构Ti Bw/Ti60复合材料的高温氧化行为,揭示了网状结构Ti Bw/Ti60复合材料的氧化机理。热力学分析表明,基于Ti60-Ti B2体系,可以利用二者之间的放热反应制备Ti Bw/Ti60复合材料,复合材料中增强体含量由添加的Ti B2粉末质量决定。烧结温度为1300℃、保温时间1h以及施加20MPa压力的条件下,Ti60-Ti B2体系反应充分且制备的网状结构复合材料组织致密。微观组织观察表明,原位形成的Ti Bw细化了原始β晶粒和α片层尺寸,并均匀分布在基体Ti60颗粒周围形成三维网状结构,其晶须形态主要呈棒状、针状和板条状,此外也发现了树枝状、爪子状和T字型结构的分叉晶须,增强体/基体界面结合良好,网状界面处Ti Bw局部含量随增强体总含量的增加而增大;热挤压变形使Ti Bw沿挤压方向呈定向分布排列。烧结态网状结构Ti Bw/Ti60复合材料相比于基体合金而言室温强度增幅有限,延伸率急剧下降,但高温下复合材料的强化效果明显增加,600℃、650℃、700℃和750℃下5.1vol.%Ti Bw/Ti60复合材料的抗拉强度分别比基体合金提高了42.5%、39.9%、35%和13.2%,这主要缘于室温和高温下基体合金塑性变形能力不同所致。热挤压对烧结态复合材料的室温和高温力学性能有着显著的影响。室温下,热挤压使烧结态5.1vol.%Ti Bw/Ti60复合材料的屈服强度和抗拉强度分别从1051MPa、1095MPa提高到1271MPa、1398MPa,延伸率从1.2%提高到3.7%。在600~700℃范围内,与烧结态复合材料高温强度相比,挤压态复合材料高温强度增幅随着试验温度的升高而降低;750℃时,挤压态复合材料强度反而低于烧结态复合材料的强度。此外,增强体含量对不同状态下复合材料力学性能也有着很大的影响。在所测试温度范围内,随着增强体含量的增加,不同状态下复合材料的抗拉强度先增大后减小,延伸率逐渐降低。断裂研究表明,烧结态复合材料在室温和高温下断裂形成的主裂纹均是沿着网状界面处扩展,区别在于室温下烧结态复合材料的断裂属于脆性断裂,而高温下复合材料断裂随着试验温度的增加从准解理断裂向韧性断裂转变。在选定的增强体含量范围内,增强体含量为1.7vol.%、3.4vol.%和5.1vol.%时的挤压态复合材料其室温断裂机制为准解理断裂,而增强体含量为6.8vol.%时,挤压态复合材料断裂方式为脆性断裂;在室温至700℃内,挤压态复合材料的失效主要由Ti Bw断裂引起的,而750℃时复合材料的主要失效形式转变为界面脱粘。网状结构Ti Bw/Ti60复合材料的抗氧化性能研究表明,Ti Bw/Ti60复合材料氧化动力学规律随试验温度增加而改变,层状氧化膜主要由Ti O2和少量的Al2O3组成,由于Al元素扩散速度快而使Al2O3易在最外层富集;富Sn层总是出现在氧化膜与基体之间,氧化温度在600~700℃范围内,各界面处没有裂纹产生;相反,氧化温度在800~900℃之间时,基体/富Sn层和富Sn层/氧化膜之间界面处容易开裂。与基体Ti60合金相比,具有高强度的Ti Bw/Ti60复合材料在700℃以下氧化机理不变,氧化速度受原子扩散速度控制,网状组织的存在有助于提高复合材料的抗氧化性能,但由于界面增多导致氧化速度较Ti60合金快。