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非晶复合材料是以非晶相、纳米晶或超细晶相为基体，第二相增强增韧的基于大块非晶合金的材料，因其高强度、高塑性、高耐磨性等优异的性能而具有广泛的应用前景。本文拟选择Ni57Zr22Ti8Nb8Al5(简称Ti8)、Ni57Zr22Cu8Nb8Al5(简称Cu8)合金体系和Ni20Fe20Co20Cr20Al20（简称NiFeCoCrAl）合金体系为研究对象，先通过机械合金化制备具有最大非晶含量的非晶合金粉末，对比研究了微量替代元素Ti和Cu对Ni-Zr-Nb-Al体系非晶形成能力(Glass Forming Ability，GFA)、热稳定性和晶化机制的影响，再采用放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering，SPS）—非晶晶化法制备出高强Ti8、Cu8非晶复合材料和高强韧NiFeCoCrAl超细晶合金，探究了SPS—非晶晶化法制备高强韧镍基合金时的成分设计规则与制备工艺。首先，通过高能球磨35h和38h分别制备出Ti8纯非晶和Cu8非晶/纳米晶复合粉末，其终态颗粒尺寸分别为25和40μm。根据GFA的三个主要判定参数（Tx, Trg, γ）和透射电镜分析结果，Ti8合金粉末比Cu8具有更好的GFA，这主要归因于Ti-Ni比Cu-Ni原子之间尺寸差异更大和具有更大的负混合焓。根据Kissinger公式计算，Ti8非晶粉末的晶化激活能大于Cu8，表明Ti8非晶粉末的热稳定性优于Cu8粉末。使用JMA理论研究Ti8非晶粉末和Cu8非晶复合粉末的晶化机制，得知对应的Avrami指数n分别为2.44和1.89，这意味着不同的微量替代元素Ti和Cu对Ni-Zr-Nb-Al非晶粉末的晶化机制产生了影响，Ti8非晶粉末的晶化机制为形核速率恒定的体扩散控制三维形核长大，而Cu8非晶复合粉末的形核机制为形核速率逐渐减小的体扩散控制二维形核长大。随后，采用SPS技术在50MPa压力下、晶化温度以上烧结Ti8和Cu8非晶合金粉末，制备出高强的镍基超细晶块状合金。结构表明，微量添加元素Ti和Cu对Ni-Zr-Nb-Al非晶粉末晶化后的微观结构和力学性能有很大影响，Ti8非晶粉末晶化后的析出相为Ni10Zr7、NiZr和NiTi三相，Cu8非晶复合粉末晶化后的析出相为Ni10Zr7和NiZr两相。在1073~1243K温度区间，随着烧结温度和保温时间增大，Ti8和Cu8合金试样的密度、显微硬度、断裂强度和弹性模量均有提高。对于Ti8非晶合金粉末，以164K/min升温至1223K并保温20min，烧结和晶化的块状合金断裂强度达2092MPa，弹性模量为88.8GPa。而以164K/min升温至1243K并保温15min，烧结和晶化的Cu8块状合金断裂强度为2388MPa，弹性模量为81.8GPa。两组合金粉末经SPS烧结和晶化后获得的块状合金均表现为无塑性特征，主要归因于析出相中Ni10Zr7基体为脆性相。采用高能球磨NiFeCoCrAl粉末35h后，得到以非晶基体包围10nm单相BCC结构纳米晶的非晶复合粉末，经SPS—非晶晶化法对其进行烧结和晶化，获得了高强韧的NiFeCoCrAl超细晶复合材料。在50MPa压力和1273~1523K烧结温度下，烧结和晶化的块状合金由含Ni、Al较多的BCC基体和含Fe、Cr较多的FCC第二相组成。且随着烧结温度增大，BCC相的体积分数逐渐增大，晶格常数也随烧结温度升高而增大，块状合金的弹性应变和断裂强度也逐步提高，屈服强度有所降低。当烧结温度为1523K、升温速率为100K/min、保温时间为10min时，NiFeCoCrAl块状合金的压缩力学性能最佳，其屈服强度、断裂强度、弹性模量和应变量分别达1272MPa、2950MPa、50.2GPa和30.1%，其高强韧性归因于SPS—非晶晶化法制备的NiFeCoCrAl合金具有细小而均匀的超细晶FCC相弥散分布于连续的BCC延性基体相的复合结构。同时，烧结温度和升温速率对增强相的形貌和分布也有明显影响，当烧结温度为1523K，加热速率为50K/min并保温10min时，NiFeCoCrAl块状合金的屈服强度、断裂强度和应变量分别达1478MPa、2897MPa和22.8%。