钛基复合材料同时拥有钛基体的高强度、高韧性和良好的耐腐蚀性,以及增强体的高模量和耐热性,因此在航空航天领域的中高温工况具有巨大的应用潜力。然而,高温环境下的抗氧化性不足成为其应用的屏障。本文在耐高温的Ti-Al-Sn-Zr合金的基础上,选择Ti-6Al-4Sn-9Zr-1.21Nb-1.6Mo-0.3Si合金作为基体,分别添加含量1-4 wt.%GNPs和1-4 wt.%Si3N4作为增强体,采用高能球磨-放电等离子烧结技术制备钛基复合材料。通过分析材料的微观形貌、物相组成、显微硬度、显气孔率、抗氧化性能和耐热腐蚀性能,探究不同GNPs含量和Si3N4含量对复合材料的组织与性能的影响,主要研究结果如下:（1）研究了基体合金和复合材料烧结后的显微组织和物相组成。经过SPS技术制备钛基复合材料相比于基体表面质量较好,晶粒均匀细化。基体物相主要为α-Ti相。添加GNPs的烧结样品主要由α-Ti,β-Ti和TiC相组成,随着GNPs含量的增加,TiC的峰强度显著增加。添加Si3N4的复合材料的主要由α-Ti相和β-Ti相构成。（2）研究了基体和复合材料烧结后的显气孔率和显微硬度。烧结后基体的显气孔率为0.27%,显微硬度为473.6HV。随着GNPs含量的增加,钛基复合材料的孔隙率逐渐减低,添加了4 wt.%GNPs的显气孔率为0.14%;显微硬度达到533.9HV,相比于基体提升了大约12.7%。另外,研究了SPS加压工艺对添加Si3N4的复合材料的显气孔率以及显微硬度的影响。改进加压工艺后,SPS制备的Si3N4增强复合材料显气孔率下降了11.79%。显微硬度提升了约2.68%。（3）研究了基体和复合材料在800℃和900℃下循环氧化100 h后的高温抗氧化性。添加不同GNPs含量的复合材料在800℃和900℃下主要由TiO2,Al2O3,SiO2,Sn O2,Nb2O5,Ti3O5,ZrO2和MoO3组成。氧化产物主要由针状结构,条状结构和片状结构组成。在800℃时,添加4 wt.%GNPs的复合材料的平均氧化速率最低(4.42×10-3g·m-2·h-1),与基体合金相比,抗氧化性提升了约63.5%。在900℃时,添加1 wt.%GNPs的复合材料的平均氧化速率最低(2.57×10-2g·m-2·h-1),与基体合金相比,抗氧化性提升了约84.7%。添加Si3N4的复合材料在800℃下氧化层基本由黑色和灰色组织构成。可以发现材料表面的氧化物成球状聚集,球状氧化物的表面均出现一定的裂缝。氧化层主要由TiO2相、Al2O3相、Nb2O5相和SiO2相组成。氧化曲线基本呈现抛物线规律。在800℃氧化下,添加3 wt.%Si3N4的复合材料的平均氧化速率最小,为1.03×10-3g·m-2·h-1。改进加压工艺后,SPS制备的添加1-4 wt.%Si3N4复合材料的氧化层厚度分别为21μm、10μm、11μm和18μm,复合材料的氧化层厚度平均薄了约9.4%。添加GNPs的复合材料在800℃和900℃高温氧化100h后,其硬度有所下降,但是下降幅度不超过10%。由于Si3N4是热力学最稳定的陶瓷材料之一,添加了4 wt.%Si3N4的复合材料在氧化后,硬度还能达到629.3HV,比添加4 wt.%GNPs的复合材料的硬度提升了接近12%。（4）研究了基体和复合材料在800℃下的耐热腐蚀性能。添加不同GNPs含量复合材料热腐蚀后腐蚀层物相主要由TiO2、Al2O3、SiO2、NaTiO2、Nb2O5、TiCl2和ZrO2组成。添加了2 wt.%GNPs的复合材料的腐蚀层截面形貌良好,并且其与基体结合相对紧密。添加不同Si3N4含量的复合材料腐蚀后表面由TiO2、TiCl2、Al2O3、SiO2和NaTiO2组成。添加不同Si3N4含量的复合材料在800℃下的热腐蚀动力学曲线图接近于抛物线规律。添加不同Si3N4含量的复合材料腐蚀层厚度相比于基体合金薄了约14.8%。添加3 wt.%Si3N4的复合材料的腐蚀增重最小,比基体合金减轻了37.1%。综上所述,相比于Ti-6Al-4Sn-9Zr-1.21Nb-1.6Mo-0.3Si合金,添加GNPs和Si3N4能有效提升基体合金的显微硬度、抗氧化性能和耐热腐蚀性能,降低其显气孔率。本文可以为后续钛基复合材料的发展提供依据。