钨材料被认为是优秀的核聚变发生装置中的面向等离子体材料。但是,由于钨的脆性和低韧性,导致其在使用过程中经常快速断裂失效,这极大限制了其在实际工程中的应用。针对这一问题,本文以钛箔和钽箔作为增韧层,利用放电等离子体连接技术设计制备了一系列不同的钨层状复合材料。通过研究层状复合材料中的元素扩散行为、微观组织和界面结构特点,分析了复合材料的微观组织形成机理及其与力学性能之间的对应关系,在此基础上阐明了复合材料的强韧化机制,得到的主要结论如下:（1）通过对比分析W/Ta、W/Ti等层状复合材料的组织和力学性能,本文设计了W/（Ti/Ta/Ti）层状复合材料,该复合材料具有多层次的组织结构,并且从W层→Ti层→Ta层呈现梯度的强度和塑性变化,从而实现了钨材料的强度和延伸率的同时提高。1200℃连接制备的W/（Ti/Ta/Ti）层状复合材料具有最优的综合室温拉伸力学性能,此时抗拉强度为631MPa,断后延伸率为2.9%。（2）在W/（Ti/Ta/Ti）层状复合材料制备过程中,由于Ti层在高温时发生了HCPBCC的同素异构转变,使得Ti层中形成了较高的空位浓度,导致了W和Ta向Ti中的扩散速率远远高于Ti向W和Ta中的。计算表明,在W、Ti互扩散过程中,W元素的扩散激活能为90.9KJ/mol,而Ti元素的扩散激活能为161.4KJ/mol。在Ti、Ta互扩散过程中,Ta元素的扩散激活能为70.7KJ/mol,而Ti元素的扩散激活能为122.6KJ/mol。可见,Ta在Ti中的扩散速率是最快的。（3）W/（Ti/Ta/Ti）层状复合材料中的微观组织主要受晶粒长大和元素扩散的影响。对于W层来说,当连接温度低于1200℃时,仍为纤维组织;当连接温度高于1200℃时,W层发生了再结晶。对于Ta层来说,随着连接温度的升高,其晶粒尺寸逐渐增大。对于Ti层来说,由于扩散到Ti层的W和Ta元素起到了稳定β-Ti相的作用,当温度低于1300℃时,Ti层中的组织分为三层:β-Ti（W）固溶体区、α-Ti/β-Ti双相区和β-Ti（Ta）固溶体区;当连接温度达到1400℃时,Ti层由纯β-Ti单相区组成。（4）W/（Ti/Ta/Ti）层状复合材料中,W层的显微硬度最高,Ti层次之,Ta层最低。随着连接温度的升高,由于W层发生了回复和再结晶,显微硬度逐渐下降,而Ta层的显微硬度变化不大。Ti层的显微硬度分布与其内各层的组织以及W和Ta含量密切相关。Ti层中单相β-Ti区的强化机制主要为固溶强化,并且W元素的固溶强化效果要优于Ta元素的。由于在α-Ti/β-Ti双相区中析出了纳米级的针状马氏体组织,因此该区域的强化机制为固溶强化和第二相强化。（5）W/（Ti/Ta/Ti）层状复合材料在室温拉伸或弯曲时均表现出了良好的塑性,这主要是Ti/Ta/Ti韧化层发生了明显的塑性变形。断口分析表明,Ta层中出现了波浪状的滑移带,而在Ti层中呈现的是平面状滑移带,这与它们的塑性变形方式密切相关。Ti层中平面状滑移带的形成主要是由于α-Ti和β-Ti之间为Burgers取向关系,使得它们的滑移面和滑移方向都是平行的,这导致α-Ti中的滑移带和β-Ti中的滑移带是一致的。（6）不同温度的单向拉伸实验表明,W/（Ti/Ta/Ti）层状复合材料在100℃拉伸时的抗拉强度最高,并且延伸率可达10%以上,可见复合材料的DBTT在100℃左右;同时,根据W/Ti界面微裂纹形核后的应力集中系数,构建了W/（Ti/Ta/Ti）层状复合材料的抗拉强度模型,计算结果与实验结果能够很好的吻合。（7）随着连接温度的升高,复合材料的抗弯强度先增大后减小,在1200℃达到最大值1700MPa。W/（Ti/Ta/Ti）层状复合材料的韧化行为与W/Ti之间的弱界面密切相关,在三点弯曲过程中,W/Ti界面容易形成较长的界面裂纹,使得复合材料的弯曲应力-应变曲线显示了典型的“伪韧性”特征。同时,复合材料的韧化机制还包括W层中隧道裂纹的形成、主裂纹的偏转以及中间韧化层的塑性变形。