CN111961902B - 一种异构结构的钛基复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种异构结构的钛基复合材料及其制备方法和应用，该复合材料主要由钛或钛合金作为钛基体，由原位自生的碳化钛、硼化钛中任意一种或者两种作为增强相形成。本发明的复合材料的微观结构中，增强相和细晶粒钛形成的纳米复合细晶结构分布在粗晶粒钛基体周围形成网络状的非均匀分布，且致密性良好，细晶粒和粗晶粒的钛结合在一起形成粗晶与细晶的双晶粒异构结构，且界面结合优良；细晶钛组织中的增强相的微观成分在整个复合材料中呈现成分的梯度，使复合材料形成了晶粒尺寸与微观成分的双异构结构。本发明的复合材料具有较高的强度和塑性组合，综合力学性能优良，可以广泛地应用于航空航天、军事装备和海洋工程及生物医疗领域。

Description

一种异构结构的钛基复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及金属基复合材料，具体涉及一种异构结构的钛基复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
钛与钛合金具有高强度、低密度、耐热、耐蚀、抗弹性和成形加工性良好的特性，被广泛应用于航空、航天、生物医学等工程领域。纯钛具有良好的抗腐蚀性能，但是其力学性能较为局限，限制了其做为关键承载部件的应用。所以目前使用更多的是钛合金，例如：TC4、TC6、TB3、TA7、TA15等，钛合金具有良好的耐蚀性和优异的综合力学性能，可在一定温度范围下的高温使用，已经被应用于高强度航天飞行器的压力容器、仓体、紧固件、结构件等方面，同时也大量用于其它各工业行业中。但是钛合金普遍具有耐磨性差、弹性模量低、耐热性差、强度有待于进一步提高等问题。
异构结构是调控金属材料的强度与塑韧性矛盾的新颖的方法。金属材料的强度和塑性与其内部晶粒尺寸的大小有很大关系，传统的粗晶具有很高的塑性，但当晶粒尺寸减小到纳米尺寸时，强度显著提高而塑性却几乎完全丧失。Yang等报道了异构结构的CrCoNi中熵合金(PNAS,2018,115(28):7224–7229)，其具有纳米、亚微米到微米级别的三级晶粒尺寸的异构结构。该报告说明了异构结构在调控金属材料强度和塑性矛盾中的可行性和普遍适用性。异构结构包括晶粒尺寸多级结构，微观成分梯度结构和非均匀分布的结构等形式。异构结构使得相邻区域间具有显著的力学响应(包括强度、塑性、加工硬化等)差异，因而在变形时，相邻区域间的界面处会形成应变梯度和背应力导致的加工硬化，弥补位错强化的不足，从而获得金属材料强度与塑韧性的良好协调。
发明内容
发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种异构结构的钛基复合材料，本发明将异构结构金属引入到钛基复合材料微观结构，通过调控晶粒尺寸的两级分布、微观成分的非均匀梯度分布，调控钛基复合材料的组织结构，并进而调控钛基复合材料的综合力学性能，有效解决了钛合金普遍具有的耐磨性差、弹性模量低、耐热性差、强度有待于进一步提高等问题。
本发明的另一更重要的目的在于提供一种制备异构结构钛基复合材料的方法。通过此制备方法可以使得复合材料中存在着细/粗晶晶粒粒尺寸的两级分布，富增强相区与贫增强相区的微观成分的梯度分布以及增强相在整个材料中的非均匀分布的特征，构成了异质结构，最终得到异构结构的钛基复合材料。
本发明第三个目的提供了所述的异构结构的钛基复合材料的应用。
技术方案：为了实现上述目的，本发明所述一种异构结构的钛基复合材料，所述该复合材料主要由钛或钛合金作为钛基体，由原位自生的碳化钛、硼化钛中一种或者两种作为增强相形成。
其中，所述原位自生的碳化钛为TiC颗粒，所述硼化钛为TiB晶须，所述原位自生TiC颗粒的碳源包括石墨、石墨烯、碳纳米管、纳米金刚石或者纳米洋葱碳；所述原位自生TiB晶须的源料为TiB2。
进一步地，所述增强相的颗粒尺寸为5nm-20μm，增强相的纯度为95％-100％；所述增强相的添加比例约为钛基体的0.1-20wt.％。
作为优选，所述钛或钛合金为不规则粉末颗粒或者球形粉末颗粒，颗粒尺寸为1～200μm；
其中，所述钛为纯钛，所述钛合金为TC4或者钛与其它合金化元素Al、Fe、Nb、V、Ta、Zr、Sn、Mo、Cr、W、Ni、B或Si元素中的一种或者多种组成的钛合金。
其中，所述复合材料中存在着细/粗晶钛晶粒尺寸的两级分布，原位自生的碳化钛颗粒、硼化钛纤维作为增强相的微观成分的梯度分布以及增强相在整个材料中的非均匀网状分布的特征，构成了晶粒尺寸和成分的双异质结构的钛基复合材料。
本发明所述的异构结构的钛基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)超声分散：向增强相中添加乙醇或丙酮溶液，再超声获得均匀的增强相分散液；
(2)高能球磨研磨：将细晶粒钛基体粉末加入步骤(1)中已分散的增强相分散液，按照6:1～15:1的球料质量比将上述混合物放入球磨罐中，并补充乙醇或丙酮或正己烷溶液，正反双向旋转研磨、破碎和混合；将混合完毕的溶液沉淀过滤，取沉淀真空干燥过筛得到细晶粒复合粉末；
(3)低能球磨混合：取步骤(2)中干燥过筛后的细晶粒复合粉末，加入到粗晶粒的钛基体粉末中，按照球料质量比3:1-5:1的比例将上述混合物放入球磨罐中，并加入乙醇或丙酮或正己烷溶液，单向或者正反双向旋转，使粉末充分混合，最后真空抽滤获得包覆良好的混合粉末，真空干燥待用；
(4)烧结成型：根据需要产品的尺寸参数，取步骤(3)所得产品，进行烧结，即得所述异构结构的钛基复合材料。
本发明通过将钛粉末与增强相粉末进行高能球磨机械研磨，使得钛颗粒发生剧烈塑性变形而细化，并且使得增强相弥散分布在细晶粒的钛中形成细晶复合粉末；然后再将一定量的细晶复合粉末添加到粗颗粒/晶粒的钛粉中进行低能球磨混合，使前者包覆在后者的周围，最后通过烧结成型得到复合材料。
作为优选，步骤(1)所述超声为在超声池中或超声波振动棒下超声振荡30～180min，获得均匀的分散液。
其中，步骤(2)中所使用的细晶粒钛基体粉末尺寸为1～45μm正反双向旋转为以300-500rpm的转速正反双向旋转10-30小时；步骤(3)中所使用的粗晶粒钛基体粉末尺寸为120～180μm单向或者正反双向旋转以100-200rpm的转速单向或者正反双向旋转5小时。
作为优选，所述高能球磨研磨、低能球磨混合都以乙醇或丙酮或正己烷溶液作为保护介质。有些纳米增强相具有易团聚的特性，加入这些液体起分散作用；而且在球磨过程中，有保护粉末防止被氧化的作用。球磨罐与磨球可以选择采用不锈钢、硬质合金或氧化锆或氧化铝材质。
其中，步骤(4)所述烧结为放电等离子烧结或热压烧结，其条件为：压力为20～500MPa、温度为900～1200℃，在最高烧结温度保温时间为1～30min，升温速度为30-100℃/min，烧结气氛为高纯氩气或者真空；所述热压烧结的条件为：在真空或者惰性气氛保护下、压力为10～80MPa、温度为1000～1400℃，升温速度为8～100℃/min，在最高烧结温度保温时间为30～180min。
本发明所述的异构结构的钛基复合材料在航空航天、军事装备、海洋工程和生物医疗等工程中的应用。
具体地，所述航空航天包括用于制作航空发动机的叶片、机匣等部件以及制作飞机机体的机身结构、液压管道结构和起落架结构；所述军事装备和海洋工程包括用于制作核潜艇和深海探测器的耐压壳体，军舰船舶的螺旋桨和发动机以及泵、阀、管道等配件；所述生物医疗包括一些植入人体的替换部件和起辅助作用的生物支架等。
本发明的复合材料为异构结构的碳纳米材料增强钛基复合材料，利用高能球磨(剧烈塑性变形)使得钛粉末晶粒细化并使得增强相弥散分布在细晶粉末基体中(步骤2)，再经过低能球磨机械混合将细晶复合粉末包覆在粗颗/晶粒的钛周围(步骤3)，最后烧结成型得到所述的复合材料。复合材料中存在着粗晶与细晶钛晶粒尺寸的双级分布，构成了晶粒的异构结构。在细晶粒区域存在着碳化钛、硼化钛、以及残余碳纳米材料增强相，增强相弥散均匀分布在细晶粒区域并围绕在粗颗粒/晶粒的钛周围，增强相成分在整个复合材料中呈现梯度分布和网络状分布，形成增强相成分的异构结构。异构结构使得复合材料的相邻区域间具有显著的力学响应差异，因此在发生塑性变形的时候，相邻区域的界面处会产生应变梯度和背应力强化，起到强化作用；主要强度的提升主要靠复合细晶区域，主要机理是细晶强化和第二相强化；塑性的提供靠粗晶粒钛，大颗粒的粗晶钛可以使得位错有足够的运动空间，从而保证了塑性，最终有效地调和了材料的强度和塑性的矛盾。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
相对于增强相均匀分布和网络状分布的钛基复合材料，该复合材料同时具有晶粒尺寸与成分的双异构结构而显示出更好的强度和塑性的组合，表现出更加优异的综合力学性能，从而可拓宽钛基复合材料的应用范围。
在本发明复合材料的微观结构中，增强相和细晶粒钛形成的纳米复合细晶结构分布在粗晶粒钛基体周围形成网络状的非均匀分布，且致密性良好。细晶粒和粗晶粒的钛结合在一起形成粗晶与细晶的双晶粒异构结构，且界面结合优良；细晶钛组织中的增强相的微观成分在整个复合材料中呈现成分的浓度梯度，使复合材料形成了晶粒尺寸与微观成分的双异构结构。本发明的复合材料具有较高的强度和塑性组合，综合力学性能优良，可以广泛地应用于航空航天、军事装备和海洋工程及生物医疗领域。
本发明的复合材料制备简单，原料来源广泛，可以大规模生产应用。
附图说明
图1为具有异构结构的钛基复合材料的组织结构模型图；
图2为具有异构结构的钛基复合材料的金相显微镜图片与扫描电镜形貌照片及基体与增强相的能谱图；a与b是金相显微镜照片，c与d是扫描电镜照片，e与f为基体和增强相的EDS能谱图；
图3为具有异构结构的钛基复合材料的压缩强度趋势图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例中所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
本发明的部分原料来源如下：
纳米金刚石粉末：天津乾宇超硬材料有限公司，ND-98-II；
Ti6Al4V(TC4)粉末：北京兴荣源科技有限公司，TC4-1；
碳纳米管粉末：南京明昌新材料科技有限公司，CNTS-98；
TiB2粉末：南京明昌新材料科技有限公司，TB-2；
石墨粉：南京明昌新材料科技有限公司，G-99。
实施例1
异构结构的纳米碳化钛增强钛基复合材料，采用纳米金刚石粉末作为原位自生纳米碳化钛的原料，纳米金刚石颗粒尺寸为5nm，纯度为98％，与不规则Ti6Al4V(TC4)粉末为原料，制作直径为20mm以及高度为10mm的圆柱形复合材料烧结体。
具体步骤如下
(1)根据计算，取0.5g，0.75g，1.0g的纳米金刚石(尺寸为5nm，型号为Ⅱ型)于不同烧杯中，再添加20mL的乙醇溶液(分析纯AR，国药集团化学试剂有限公司生产)，于超声池(型号PS-30T,功率180W,深圳市雷德邦电子有限公司生产)中超声振荡30min，获得均匀的增强相分散液；
(2)按增强相的添加比例为总质量的质量分数5％，7.5％，10％分别称取9.5g，9.25g，9g的45μm的TC4粉末(细粉)，分别加入(1)中已分散的金刚石分散液，按照球料质量比10:1的比例将上述混合物放入球磨罐中，并加入60mL的乙醇溶液，以300r/min的转速单向旋转总时长10小时，每次旋转100分钟，间隙时间10分钟，重启5次球磨机；将混合完毕的溶液沉淀过滤，取沉淀真空干燥24小时，干燥温度为80℃，完全干燥后过100目筛，除去黏着在一起的小块；
(3)分别取(2)中干燥过筛后的初步细晶粒复合粉末适量，再分别加入120μm的TC4粉末(粗粉)，使粗粉的质量变为初步细晶粒复合粉末的9倍。则此时各个样品的成分质量分数分别为10％(细晶-5％TiC)-90％粗晶，10％(细晶-7.5％TiC)-90％粗晶，10％(细晶-10％TiC)-90％粗晶。使混合粉末充分混合，再按照球料质量比5:1的比例将上述混合物放入球磨罐中，并以150r/min的转速单向旋转5小时，每次旋转100分钟，间隔时间10分钟，重启2次球磨机；
(4)确定烧结后的产品的尺寸参数：Φ＝20mm,h＝10mm。照质量密度公式m＝ρ·π(Φ/2)2·h计算所需粉末质量为13.917g。
将粉末倒入石墨模具中，装配入上下压头，放置入放电等离子烧结炉中，SPS烧结参数为：真空状态、红外测温，升温速度为50℃/min。首先升温至700℃，3MPa压力下保温10min，除去烧结过程原料中的氢，之后继续升温至1050℃，压力60MPa，保温烧结5min，使材料致密成型，然后炉冷至室温。将烧结后的产品应用阿基米德法测相对密度，计算得致密度。此法制得的纯TC4的致密度为99.29％，说明致密性良好。
性能测试与组织结构分析：对样品分别用微机控制电子万能试验进行压缩试验、采用光学显微镜和扫描电子显微镜对样品表面进行观测分析。
其中，图1为本实施例制备的具有异构结构的钛基复合材料的微观组织结构图，可见存在细晶/粗晶两种晶粒尺度，细晶基体上存在着均匀弥散分布的颗粒/纤维增强相，细晶复合结构呈现网络状分布在粗颗粒晶粒的钛基体周围。
图2为本实施例制备的具有异构结构的钛基复合材料的金相显微镜和扫描电镜照片，可以观察到粗晶粒的TC4与细晶粒的TC4区域，细晶粒钛中分布着TiC增强相，增强相显著分布在粗晶粒TC4颗粒周围，形成三维网络状分布。形成晶粒尺寸的差异与增强相成分贫富的双异构结构，粗/细晶比例可以通过低能球磨混合中细晶粒复合粉末和粗颗粒/晶粒的钛粉末的比例来调控。另外复合材料中存在着细/粗晶钛晶粒尺寸的两级分布，能谱结果显示增强相部分碳含量高，基体碳含量低，呈现了富增强相区与贫增强相区的微观成分的梯度分布。增强相在整个材料中的非均匀网状分布的特征，构成了晶粒尺寸和成分的双异质结构的钛基复合材料，材料中没有气孔等缺陷，显示致密性良好，粗晶与细晶的双晶粒异构结构界面结合紧密。
图3为本实施例制备的具有异构结构的钛基复合材料的压缩强度的应力应变趋势图。可以看出异构结构的10％(细晶TC4-5 wt.％TiC)-90％粗晶TC4复合材料(增强相的添加比例为增强相和细晶钛基体总质量的5％)与10％(细晶TC4-10 wt.％TiC)-90％粗晶TC4复合材料，比纯TC4(粗晶+细晶)强度大幅提高而塑性只是稍微下降，而单纯的细晶TC4-5.0wt.％TiC强度提高但是塑性下降很大，从而说明异构结构的复合材料具有优异综合力学性能。
实施例2
异构结构的纳米碳化钛增强钛基复合材料，采用碳纳米管粉末作为原位自生纳米碳化钛的原料，碳纳米管颗粒尺寸为35nm，纯度为95％，与不规则Ti6Al4V(TC4)粉末为原料，制作Φ＝30mm以及h＝为12mm的圆柱形复合材料烧结体。
具体步骤如下
(1)根据计算，取0.05g的碳纳米管于烧杯中，再添加20mL的丙酮溶液，于超声池中超声振荡30min，获得均匀的增强相分散液；
(2)按质量分数0.5％称取9.95g的1μm的TC4粉末，分别加入(1)中已分散的碳纳米管分散液，按照球料质量比10:1的比例将上述混合物放入球磨罐中，并加入60mL的丙酮溶液，以300r/min的转速单向旋转总时长10小时，每次旋转100分钟，间隙时间10分钟，重启5次球磨机；将混合完毕的溶液沉淀过滤，取沉淀，真空干燥24小时，干燥温度为80℃，完全干燥后过100目筛，除去黏着在一起的小块；
(3)取(2)中干燥过筛后的初步细晶粒复合粉末适量，再加入120μm的TC4粉末，使粗粉的质量变为初步细晶粒复合粉末的4倍。则此时该成分的质量分数为20％(细晶-0.5％TiC)-80％粗晶。使混合粉末充分混合，再按照球料质量比5:1的比例将上述混合物放入球磨罐中，并以150r/min的转速单向旋转5小时，每次旋转100分钟，间隔时间10分钟，重启2次球磨机；
(4)确定烧结后的产品的尺寸参数：Φ＝30mm,h＝12mm。照质量密度公式m＝ρ·π(Φ/2)2·h计算所需粉末质量为37.577g。
将粉末倒入石墨模具中，装配入上下压头，放置入热压烧结炉中，热压烧结参数为：真空状态、红外测温，升温速度为10℃/min。升温至1250℃，压力20MPa，保温烧结60min，使材料致密成型，然后炉冷至室温。
实施例3
异构结构的硼化钛增强钛基复合材料，采用TiB2粉末作为原位自生TiB纤维的硼原料(TiB2+Ti＝2TiB)，TiB2颗粒尺寸为20μm，纯度99％，与不规则Ti6Al4V(TC4)粉末为原料，制作直径为30mm以及高度为10mm的圆柱形复合材料烧结体。
具体步骤如下：
(1)根据计算，取0.5g的TiB2于不同烧杯中，再添加20mL的乙醇溶液，于超声波振动棒下超声振荡60min，获得均匀的增强相分散液；
(2)按质量分数5％称取9.5g的45μm的TC4粉末，加入(1)中已分散的TiB2分散液，按照球料质量比10:1的比例将上述混合物放入球磨罐中，并加入60mL的乙醇溶液，以400r/min的转速单向旋转总时长10小时，每次旋转100分钟，间隙时间10分钟，重启5次球磨机；将混合完毕的溶液沉淀过滤，取沉淀，真空干燥24小时，干燥温度为80℃，完全干燥后过100目筛，除去黏着在一起的小块；
(3)取(2)中干燥过筛后的初步细晶粒复合粉末适量，再分别加入120μm的钛基体粉末TC4，直至总质量变为初步细晶粒复合粉末2倍。则相应的各成分的质量分数为50％(细晶-5％TiB)-50％粗晶。再按照球料质量比3:1的比例将上述混合物放入球磨罐中，并以100r/min的转速单向旋转5小时，每次旋转100分钟，间隙时间10分钟，重启2次球磨机；
(4)确定烧结后的产品的尺寸参数：Φ＝30mm，h＝10mm。照质量密度公式m＝ρ·π(Φ/2)2·h计算所需粉末质量为31.314g。
根据(4)中确定的尺寸参数，将粉末倒入石墨模具中，装配入上下压头，放置入放电等离子烧结炉中，SPS烧结参数为：真空状态、红外测温，升温速度为100℃/min。首先升温至700℃，3MPa压力下保温10min，继续升温至1000℃，压力60MPa，保温烧结20min，自然炉冷，脱模得到产品。
实施例4
异构结构的碳化钛/硼化钛协同增强钛基复合材料，采用石墨粉末与TiB2粉末作为原位自生TiC(C+Ti＝TiC),TiB(TiB2+Ti＝2TiB)的原料，石墨与TiB2颗粒尺寸都为1μm纯度99％，与不规则Ti6Al4V(TC4)粉末为原料，制作直径为20mm以及高度为12mm的圆柱形复合材料烧结体。
具体步骤如下：
(1)根据计算，取1.0g石墨与1.0g的TiB2于不同烧杯中，再添加20mL的丙酮溶液，于超声波振动棒下超声振荡60min，获得均匀的增强相分散液；
(2)按质量分数18％称取9g的45μm的TC4粉末，加入(1)中已分散的石墨与TiB2分散液，按照球料质量比10:1的比例将上述混合物放入球磨罐中，并补充60mL的丙酮溶液，以400r/min的转速单向旋转总时长10小时，每次旋转100分钟，间隙时间10分钟，重启5次球磨机；将混合完毕的溶液沉淀过滤，取沉淀，真空干燥24小时，干燥温度为80℃，完全干燥后过100目筛，除去黏着在一起的小块；；
(3)取(2)中干燥过筛后的初步细晶粒复合粉末适量，再加入的150μm的钛基体粉末，使粗粉的质量变为初步细晶粒复合粉末的4倍。则该成分质量分数为20％(细晶-18％(石墨和TiB2))-80％粗晶。再按照球料比2:1的比例将上述混合物放入球磨罐中，并以100r/min的转速单向旋转5小时，每次旋转100分钟，间隙时间10分钟，重启2次球磨机；
(4)确定烧结后的产品的尺寸参数：Φ＝20mm,h＝12mm。照质量密度公式m＝ρ·π(Φ/2)2·h计算所需粉末质量为16.701g。
根据(4)中确定的尺寸参数，将粉末倒入石墨模具中，装配入上下压头，放置入放电等离子烧结炉中，SPS烧结参数为：真空状态、红外测温，升温速度为80℃/min。首先升温至700℃，3MPa压力下保温10min，之后继续升温至1000℃，压力60MPa，保温烧结20min，自然炉冷，脱模得到产品。
实施例5
实施例5与实施例1制备方法相同，不同之处在于：
步骤(1)采用石墨作为原位自生TiC颗粒的原料即增强相，超声池中超声振荡180min。
步骤(2)按质量分数0.1％，称取45μm的TC4粉末，加入(1)中已分散的增强相分散液，按照球料质量比6:1的比例将上述混合物放入球磨罐中，并加入60mL的正己烷溶液，以300r/min的转速单向旋转总时长30小时；
步骤(3)加入180μm的TC4粉末，混合粉末充分混合，再按照球料质量比3:1的比例将上述混合物放入球磨罐中，并以100r/min的转速正反双向旋转5小时；
步骤(4)放电等离子烧结或热压烧结，其条件为：压力为20MPa、温度为900℃，在最高烧结温度保温时间为30min，升温速度为30℃/min，烧结气氛为氩气。
实施例6
实施例6与实施例1制备方法相同，不同之处在于：
步骤(1)采用纳米洋葱碳作为增强相，超声池中超声振荡120min。
步骤(2)按质量分数20％，称取20μm的纯钛粉末，加入(1)中已分散的增强相分散液，按照球料质量比15:1的比例将上述混合物放入球磨罐中，并加入60mL的正己烷溶液，以500r/min的转速单向旋转总时长10小时；
步骤(3)加入150μm的纯钛粉末，混合粉末充分混合，再按照球料质量比4:1的比例将上述混合物放入球磨罐中，并以200r/min的转速单向旋转5小时；
步骤(4)放电等离子烧结或热压烧结，其条件为：压力为500MPa、温度为1200℃，在最高烧结温度保温时间为1min，升温速度为100℃/min。
实施例7
实施例7与实施例1制备方法相同，不同之处在于：
步骤(2)按质量分数10％，称取45μm的钛铁合金粉末；
步骤(3)加入180μm的钛铁合金粉末，混合粉末充分混合；
步骤(4)热压烧结的条件为：在氩气气氛保护下、压力为10MPa、温度为1000℃，升温速度为8℃/min，在最高烧结温度保温时间为180min。
实施例8
实施例8与实施例1制备方法相同，不同之处在于：
步骤(2)按质量分数10％，称取1μm的钛镍合金粉末；
步骤(3)加入120μm的钛镍合金粉末，混合粉末充分混合；
步骤(4)热压烧结的条件为：在氩气气氛保护下、压力为80MPa、温度为1400℃，升温速度为100℃/min，在最高烧结温度保温时间为30min。

Claims (11)

1.一种异构结构的钛基复合材料，其特征在于，所述复合材料由钛或钛合金作为钛基体，由原位自生的碳化钛、硼化钛中一种或者两种作为增强相而形成；所述钛基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）超声分散：向增强相中添加乙醇或丙酮溶液，再超声获得均匀的增强相分散液；
（2）高能球磨研磨：将细晶粒钛基体粉末加入步骤（1）中已分散的增强相分散液，将上述混合物放入球磨罐中，并加入乙醇或丙酮或正己烷溶液，正反双向旋转研磨、破碎和混合；将混合完毕的溶液沉淀过滤，取沉淀真空干燥过筛得到细晶粒复合粉末；
（3）低能球磨混合：取步骤（2）中干燥过筛后的细晶粒复合粉末，加入到粗晶粒的钛基体粉末中，将上述混合物放入球磨罐中，并加入乙醇或丙酮或正己烷溶液，单向或者正反双向旋转，使粉末充分混合，最后真空抽滤获得包覆良好的混合粉末，真空干燥待用；
（4）烧结成型：取步骤（3）所得产品，进行烧结，即得所述异构结构的钛基复合材料。
2.根据权利要求1所述的异构结构的钛基复合材料，其特征在于，所述原位自生的碳化钛为TiC颗粒，所述原位自生的硼化钛为TiB晶须；所述原位自生TiC颗粒的碳源包括石墨、石墨烯、碳纳米管、纳米金刚石或者纳米洋葱碳；所述原位自生TiB晶须的源料为TiB2。
3.根据权利要求1所述的异构结构的钛基复合材料，其特征在于，所述增强相的添加比例为总质量的0.1-20 wt.%。
4.根据权利要求1所述的异构结构的钛基复合材料，其特征在于，所述钛或钛合金为不规则粉末颗粒或者球形粉末颗粒，颗粒尺寸为1-180 μm。
5.根据权利要求1所述的异构结构的钛基复合材料，其特征在于，所述钛为纯钛，所述钛合金为钛与其它合金化元素Al、Fe、Nb、V、Ta、Zr、Sn、Mo、Cr、W、Ni、B或Si元素中的一种或者多种组成的钛合金。
6.根据权利要求5所述的异构结构的钛基复合材料，其特征在于，所述钛合金为TC4。
7.一种权利要求1-6任一所述的异构结构的钛基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）超声分散：向增强相中添加乙醇或丙酮溶液，再超声获得均匀的增强相分散液；
（2）高能球磨研磨：将细晶粒钛基体粉末加入步骤（1）中已分散的增强相分散液，将上述混合物放入球磨罐中，并加入乙醇或丙酮或正己烷溶液，正反双向旋转研磨、破碎和混合；将混合完毕的溶液沉淀过滤，取沉淀真空干燥过筛得到细晶粒复合粉末；
（3） 低能球磨混合：取步骤（2）中干燥过筛后的细晶粒复合粉末，加入到粗晶粒的钛基体粉末中，将上述混合物放入球磨罐中，并加入乙醇或丙酮或正己烷溶液，单向或者正反双向旋转，使粉末充分混合，最后真空抽滤获得包覆良好的混合粉末，真空干燥待用；
（4） 烧结成型：取步骤（3）所得产品，进行烧结，即得所述异构结构的钛基复合材料。
8.根据权利要求7所述的异构结构的钛基复合材料的制备方法，其特征在于， 步骤（2）中正反双向旋转为优选以300-500 rpm的转速正反双向旋转10-30小时；步骤（3）中单向或者正反双向旋转以100-200 rpm的转速单向或者正反双向旋转5小时。
9.根据权利要求7所述的异构结构的钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述烧结为放电等离子烧结或者热压烧结，所述放电等离子烧结条件为：压力为20~500MPa、温度为900~1200℃，升温速度为30-100 oC/min，在最高烧结温度保温时间为1~30min，烧结气氛为高纯氩气或者真空；所述热压烧结的条件为：在真空或者惰性气氛保护下、压力为10~80 MPa、温度为1000~1400℃，升温速度为8~100℃/min，在最高烧结温度保温时间为30~180 min。
10.一种权利要求1-6任一所述的异构结构的钛基复合材料在航空航天、军事装备、海洋工程和生物医疗中的应用。
11.根据权利要求10所述的应用，其特征在于，所述航空航天包括用于制作航空发动机的叶片、机匣部件以及制作飞机机体的机身结构、液压管道结构和起落架结构；所述军事装备和海洋工程包括用于制作核潜艇和深海探测器的耐压壳体，军舰船舶的螺旋桨和发动机以及泵、阀、管道配件；所述生物医疗包括一些植入人体的替换部件和起辅助作用的生物支架。
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