钛及钛合金由于其众多优良的性能而在航空航天,深海探测,生物医疗等领域展现了良好的发展前景。本论文选用更高强度,更高硬度的纳米金刚石（ND）作为增强相,通过机械球磨将其均匀分布于TC4粉末的表面,然后通过放电等离子烧结技术快速高效的制备出ND/TC4复合材料。该材料中引入了异构结构的新思路,这在钛基复合材料领域是一个比较大的创新。期望借助于增强相ND的加入以及异构结构的设计,使得复合材料的整体性能得到显著的提升。主要研究内容及成果如下:（1）研究了TC4粉末的形状和化学成分对其组织和性能等的影响规律。TC4粉末具有两种形态——球形和不规则形。对烧结后的ND/TC4复合材料进行测试。结果发现,不规则TC4烧结的ND/TC4复合材料中具有较多的孔洞,致密度均在98%以下,明显低于球形TC4烧结的复合材料。虽然提高了材料的强度,但拉伸塑性极差,其压缩塑性也远不如球形TC4粉末烧结的相同比例ND的复合材料。然后探究了复合材料的制备方式的影响。通过热扩散法制备了样品。从扫描电镜和线扫描分析中,没有发现ND和碳化钛的存在。从XRD图谱中,发现样品表面产生了碳化钛。综合而言,球形TC4粉末展现了更好的性能,SPS烧结是更佳的制备方式。（2）研究了ND的含量对ND/TC4复合材料的组织和性能的影响规律。球形TC4粉末细粉尺寸为10-50μm,粗粉尺寸为50-105μm,ND粉末平均尺寸为5 nm。随着ND的加入,复合材料的显微硬度均有较大幅度的提升,硬度最高可达368.8,纯TC4显微硬度为330,提升约11.76%。压缩测试最高屈服强度达到了1177 MPa,纯TC4的屈服强度为1013 MPa。综合性能表现最好的为0.5%比例的ND/TC4复合材料,其延伸率为34.7%,屈服强度为1156 MPa,相对于纯TC4提高14.12%。（3）研究了TC4基体的粗细晶比例对该复合材料的组织和性能的影响。随着粗细晶比例的逐渐减少和纳米金刚石的加入（ND占其与细粉的总质量的5%）,复合材料的强度和硬度提高,显微维氏硬度最高达到382。相对于纯TC4,硬度提升约15.76%。压缩性能的屈服强度最高达到1225 MPa,延伸率最低为32.2%;拉伸强度最高分别达到1017 MPa、1045 MPa,而延伸率最低也有17.8%,还是在提高强度的同时,保留了较高的塑性。强韧化机理上,增强相ND和碳化钛分布在TC4基体的周围,形成网络状边界,对基体变形起束缚和限制作用,从而发生了协同增强效应。增强相非连续地分布在基体周围,相邻晶粒间还是可以发生协调变形。再加上异构结构的粗细晶作用,使得材料强度提高的同时,塑性仍然有一定程度地保留。