NiTi合金凭借其出色的形状记忆效应、超弹性及耐腐蚀等特点而被用于生物医学领域,但其在植入体内后可释放含有生物毒性的Ni离子而引起一系列的植入问题。由无细胞毒性元素组成的β钛合金虽然在生物相容性方面优于NiTi合金,但其可回复应变量较小、应力诱发马氏体相变临界应力较低,难以满足生物医用领域对形状记忆类材料力学性能的综合要求。在本论文中,我们将无细胞毒性的纯Nb包覆在NiTi合金外侧,通过包套叠轧技术及适当的热处理退火工艺,制备出一种三明治结构的Nb/NiTi超弹复合材料。借助X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、原位同步辐射X射线衍射、力学性能测试和生物相容测试等表征手段系统地研究Nb/NiTi超弹复合材料的微观组织、超弹性及生物相容性,重点揭示复合材料在不同应变下的变形机制。本论文的主要研究内容和结果如下:本文设计制备了Nb/NiTi超弹复合材料,其界面处获得了良好的冶金结合,未发现裂纹、析出物等微观缺陷;体外细胞实验表明,与单体态NiTi合金相比,Nb/NiTi复合材料呈现出较好的生物相容性,这主要归因于外层纯Nb有效阻断了芯部NiTi合金与植入体的直接接触,从而抑制Ni离子的逸出,提供较好的生物相容性;超弹性测试表明Nb/NiTi超弹复合材料获得4.5%的可回复应变,其应力诱发马氏体相变临界应力约为470MPa,从而满足了生物医用领域对形状记忆类材料在生物相容性（无细胞毒性）、超弹性（较大的ε）和应力诱发马氏体相变临界应力(较高的σ_SIM)等方面的综合要求。同步辐射X射线衍射结果表明,Nb/NiTi超弹复合材料在拉伸过程中,外层纯Nb与芯部NiTi均先经历弹性变形,到达0.8%⁴.5%应变范围后,Nb层主要产生拉伸塑性变形,NiTi合金则经历由B2→B19′的马氏体相变,卸载时,NiTi合金中马氏体相逐渐消失,母相则恢复至拉伸前的初始状态,表明NiTi合金经历了完全可逆的马氏体相变。而外层纯Nb由于受到界面处NiTi合金提供的回复作用力,卸载初期先发生了部分弹性回复,之后再通过压缩变形以适应宏观应变,卸载结束时保留了0.39%左右的压缩晶格应变。上述结果表明,Nb/NiTi复合材料的超弹性主要源于NiTi合金中B2?B19′马氏体相变及其逆相变,并且该相变过程完全可逆。对Nb/NiTi超弹复合材料进行较大应变（6.9%）的拉伸测试时发现,NiTi合金中有更多的母相发生了相变,相比4.5%拉伸-卸载回合,其参与相变的母相体积分数增加了近70%,卸载后母相回复至初始状态,同样为完全可逆的马氏体相变。鉴于6.9%的应变相对较大,完全卸载时纯Nb层可能保留了微量的塑性变形,以致影响Nb/NiTi复合材料的超弹性能,使其产生了⁰.22%残余应变。这些研究结果将有望为生物医学领域中新型超弹复合材料的设计与研发提供一定的参考价值。