钛基复合材料因为具有高比强度、抗蠕变性、抗磨损性等优点,被广泛应用于航空、汽车等行业中。增强体的性质是影响其性能的最关键因素。而碳纳米管(CNT)、石墨烯和氧化石墨烯(GO)等新型纳米碳材料因为其优异的性能被视为最具潜力的增强体。本文应用新型碳材料GO与CNT作为增强体,通过超声分散、机械搅拌和研磨等分散混合手段和热压烧结方法结合成功制备了不同增强体含量的新型碳材料增强钛基复合材料。形貌观察结果显示,0.2 wt.%含量的CNT在Ti/CNT复合材料中实现了均匀分散,但随着CNT含量的增加,其团聚程度迅速加剧,在CNT含量到达0.6 wt.%时团聚现象最为明显。烧结后的复合材料中在CNT依旧存在的同时有TiC生成。材料的硬度随CNT含量增加而提升,Ti/0.6 wt.%CNT的硬度相比纯钛提升了41.6%。但由于严重的团聚,其屈服强度低于Ti/0.4wt.%CNT复合材料。可以发现,CNT严重的团聚限制了Ti/CNT复合材料的性能。与CNT不同,GO在Ti/GO复合材料中表现出了良好的分散性,在2.5 wt.%含量以下时都均匀分布在复合粉末和烧结后的复合材料中,含量继续增加才会导致较明显的团聚现象。复合材料中GO依旧存在,同时也有TiC生成,并产生了大量位错。随着GO含量的增加,复合材料的硬度和屈服强度都随之增加,Ti/5.0wt.%GO材料的硬度比纯钛的提升了137.7%;屈服强度值达到1446.6 MPa,比纯钛提升了82%。与Ti/CNT复合材料对比分析发现Ti/GO复合材料的性能提升十分明显,GO的增强潜力被充分释放。基于上述现象,本文提出将GO与CNT共同加入Ti中,利用GO杰出的分散性改善CNT在Ti/GO-CNT复合材料中的强化效果。为了验证GO能否对CNT分散性进行改善,GO-CNT溶液的定时拍摄图像和干燥后微观形貌被用于研究GO与CNT之间的相互作用,结果显示在CNT浓度不变的情况下,GO浓度的增加会提升GO-CNT混合溶液的分散均匀性和稳定性,证实了GO对CNT分散性的改善效果。Ti/GO-CNT复合材料中,随着GO含量的增加,CNT在Ti/GO-CNT材料中的分散性显著提升,直到GO含量的增加至3.0 wt.%,才开始有了轻微团聚现象。复合材料中仍有TiC生成。材料的硬度随着GO含量的增加先降后升,而屈服强度则一直上升。Ti/3.0 wt.%GO-0.6 wt.%CNT达到了最大硬度和最大屈服强度,分别为771.5 HV,相比纯钛提升150.0%;1387.1 MPa,高出纯钛74%。但材料韧性随GO含量增加而降低,在GO含量的增加至3.0 wt.%后,材料的破坏形式彻底转变为脆性破坏。纳米碳材料对Ti基复合材料的强化机理主要为GO、CNT和原位自生TiC的Orowan强化以及GO、CNT与Ti基体的载荷传递影响。而分散性的改善对两种强化机制均有明显的增益作用。通过对比分析纯Ti、Ti/CNT复合材料、Ti/GO-CNT复合材料与Ti/GO复合材料的性能,得出GO与CNT在Ti/GO-CNT复合材料中的增强效应并非简单叠加,而是通过两种增强体间的作用实现了协同增强。