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TiAl合金的密度仅为镍基高温合金的50%左右,工作温度高达600900℃,在具有良好高温强度和抗蠕变性能的同时兼具高比强度、耐磨损、耐磁化、耐氧化、耐酸碱腐蚀等特性,有望在不久的将来取代现阶段广泛使用的Ni基高温合金,是未来先进工程材料的重要发展方向。然而TiAl合金作为典型二元金属间化合物,其本征脆性导致室温下塑性和韧性较差,难以通过常规手段成型,且工作温度超过1100℃时力学性能会出现下降,上述缺点严重阻碍了TiAl合金进一步的扩大应用。如何改善TiAl合金的力学性能一直是TiAl系金属间化合物的重要研究方向之一。TiAl合金的强化手段与作用机理非常复杂,特别是利用原位内生陶瓷的颗粒强化,增强相颗粒的种类、分布、数量、形状等因素均会对基体的强度、韧性等力学性能产生明显影响。三元层状化合物Mn+1AXn,简称MAX相,其中M代表过渡元素,A为Ⅲ或Ⅳ族元素,X为C或N元素,n=1、2或3,是近年来引起广泛关注的一类新型金属陶瓷。由于具有特殊的片层状结构和金属键与共价键共存的晶格结构,MAX相兼具金属与陶瓷的优点,在高温材料、储能材料、新型功能材料等领域具有广泛的应用前景。其中Tin+1AlCn（n=1或2）由于良好的高温性能和自润滑性、热膨胀系数与TiAl系合金相近等特点,被认为是一类理想的TiAl基合金增强相。本文通过在复合层中引入原位内生MAX相陶瓷颗粒,并采用叠层结构设计来提高TiAl基复合板材的综合力学性能。实验将Ti-Al-TiC混合粉体作为复合层,与作为强韧层的TC4钛合金（Ti-6Al-4V）板材逐层叠加装模,利用放电等离子烧结（SPS）制备出具有叠层结构的TC4/Tin+1AlCn-TiAl复合板材。利用金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）等手段对复合材料微观组织、相组成等进行分析,研究不同MAX相含量和不同强韧层结构对TC4/Tin+1AlCn-TiAl叠层结构复合材料结构和性能的影响,并探究其强韧化机制与断裂机理。经分析发现复合层主要由α2-Ti3Al/γ-TiAl片层组织构成,致密度良好,SEM观察下仅有极少柯肯达尔孔洞生成,层与层之间界面结合良好,复合层与强韧层结合处有TiAl-Ti3Al过渡界面层生成。对实验制备的TC4/TiAl基叠层结构复合板材进行力学测试,发现抗弯强度最大值达到1428.79±71.4 MPa;而断裂韧性最大值为67.72±3.4MPa·m1/2。力学测试结果表明,叠层结构复合材料的抗弯强度和断裂韧性存在各向异性,材料在平行和垂直叠层结构的受力方向上力学性能有显著差异。通过掺杂TiC制备原位内生MAX增强相可以有效提高材料的力学性能。叠层结构的存在增加了裂纹扩展的阻力,缩短了裂纹加速运动的路径,极大地提高了材料的力学性能,其具有的能量耗散机制削弱了材料对缺陷的敏感性。