随着新一代（高）超声速及亚轨道飞行器的发展,对新一代耐热钛合金提出了新的极限挑战。目前,使用温度最高的耐热钛合金有英国IMI834、美国的Ti1100、俄罗斯的BT18y以及我国的Ti60,但是一直没能突破高温钛合金600℃的“热障”温度。而原位自生颗粒增强钛基复合材料的高温强度、蠕变抗性、比刚度、抗冲击性、疲劳性能等都比单一材料性能好,特别适合这种航空航天极端苛刻的工作环境,具有突破现有高温钛合金使用温度的潜力。本文采用真空自耗电弧熔炼（VAR）手段,制备出α-Ti基体、Y2O3/α-Ti和（TiB+TiC+Y2O3）/α-Ti等合金或复合材料。研究了（TiB+TiC+Y2O3）/α-Ti复合材料铸态显微组织和力学性能,阐明了复合材料β相区和（α+β）相区变形行为和组织演变规律,并探讨了复合材料退火过程中的球化行为,揭示了热处理对高温力学性能的影响规律。随着纳米Y2O3颗粒和（TiB+TiC+Y2O3）增强相的添加,铸态Y2O3/α-Ti和（TiB+TiC+Y2O3）/α-Ti复合材料β晶粒和α集束尺寸呈指数级下降,组织也由粗大的魏氏组织逐渐变成近网篮组织。增强相一方面促进β和α晶粒非均匀形核,细化β晶粒和α集束尺寸;另一方面弱化β晶粒的铸造织构,并且促进非Burgers位相关系α晶粒形成,进而弱化α相铸造织构。增强相的添加显著提高了铸态Y2O3/α-Ti和（TiB+TiC+Y2O3）/α-Ti复合材料室温及高温强度。室温下,（TiB+TiC+Y2O3）/α-Ti复合材料屈服强度为900MPa,相比于基体合金提高41.5%。随着测试温度的升高,复合材料塑性得到明显改善,在650℃时,复合材料塑性和基体相当;在700℃时,复合材料强度和塑性均优于基体合金。研究了（TiB+TiC+Y2O3）/α-Ti复合材料β相区变形行为,阐明了增强相对变形过程中动态再结晶行为和随后β→αs转变过程中αs变体选择的影响规律。经β相区变形后,β晶粒和增强相沿着流变方向被拉长,组织为网篮组织,（TiB+TiC+Y2O3）/α-Ti复合材料组织更加细小均匀。增强相一方面通过第二相粒子促进形核机制促进复合材料不连续动态再结晶行为;另一方面增强相可以补偿αs形核所需形核功和提供额外形核质点促进非Burgers位相αs的析出,二者共同作用弱化变形织构。随后经过热处理后发现:再结晶区域组织进一步细化,和粗大的未再结晶区域界线明显,并且（TiB+TiC+Y2O3）/α-Ti复合材料组织更加均匀,α片层等轴化进一步加剧,硅化物在α/β间析出。对β相区变形和热处理状态（TiB+TiC+Y2O3）/α-Ti复合材料进行室温、高温力学性能测试,较铸态条件下,三种材料力学性能大幅提高,热处理显著提高了材料的屈服强度。高温拉伸变形行为分析表明:晶界滑移、α片层位错滑移和α/β相界面滑移共同参与变形,而热处理形成的“细区”组织提高了晶界强度,进而提高了等强温度,实现了650℃和700℃热处理状态下力学性能的大幅提升。研究了（TiB+TiC+Y2O3）/α-Ti复合材料（α+β）相区变形行为,阐明了其变形机理。变形过程中伴随着α片层的晶格旋转、位错滑移、α/β相界面滑移和晶界滑移,但是α集束表现出很强的稳定性。增强相对变形行为的影响主要表现为:（1）细化β晶粒尺寸和α集束尺寸,增加晶界比例,使得更多的晶界滑移参与变形;（2）（TiB+TiC+Y2O3）/α-Ti复合材料组织更加网篮化,α取向多样化,使得局部区域位错滑移相互制约,造成更大的晶格旋转和位错亚结构形成;（3）增强相本身对位错的阻碍作用,造成周围α片层变形困难,加速其球化。整体来看,基体合金变形机制是以位错形成亚结构为主;而（TiB+TiC+Y2O3）/α-Ti复合材料是以晶界滑移为主要的变形机制,使得复合材料具有更加均匀的变形和更好的变形能力。开展了（TiB+TiC+Y2O3）/α-Ti复合材料（α+β）相区变形后退火过程中的球化行为研究,依此揭示了热处理对高温力学性能的影响规律。研究表明:球化行为对温度和时间都比较敏感,在960-980℃区间,具有最大球化速率;在980℃退火时,15-30 min球化速率最大,30 min完成边界分离,8 h球化完成。退火前期球化以边界分离机制为主的热切槽行为,这和前期（α+β）相区变形过程中储存能有关;退火后期以终止迁移和Ostwald熟化机制为主的粗化行为,这受退火温度和时间的影响。对（α+β）相区变形和热处理状态（TiB+TiC+Y2O3）/α-Ti复合材料进行室温、高温力学性能测试。经（α+β）相区变形后,组织为未变形完全组织,已经在变形过程中发生屈服,因此在随后拉伸中表现出较低的强度。固溶时效处理后,组织转变为细小的双态组织,强度有了大幅提高,特别是屈服强度和上述β相区变形后热处理状态性能相当。复合材料具有较高的强度一方面归因于细小的晶粒尺寸,另一方面则是TiB晶须为主的载荷传递效应。