由于钛合金具有高的比强度、高的杨氏模量和卓越的腐蚀抗性,广泛被应用于太空、化工、医疗和军事等方面。纯钛的强度较低,钛合金通过加入贵金属可以改善性能,但是塑性降低。本文采用放电等离子烧结的方式,制备氧固溶钛烧结材料,研究强度延展性协同提高的机理。本文研究内容主要包含两个方面:首先,探讨了钛的放电等离子烧结致密化过程,实验并对比了不同工艺参数对样品的组织的影响。然后研究氧固溶烧结材料,研究二氧化钛掺杂方式、烧结温度和氧含量对固溶强化钛性能的影响。针对球磨方式,实验发现采用高能球磨处理的纯钛粉末,随着球磨时间的延长,粉末粒径变小,之后粉末焊合颗粒粒径增大。整个球磨过程没有出现新相,杂质元素随球磨时间延长而增加,说明球磨带来的杂质数量可控。相较于未球磨的粉末,球磨处理的粉末能量较高,致密化温度变低。针对烧结温度,实验发现随着烧结温度的提高,试样密度不断增加,样品硬度也不断增加,最终趋于稳定。纯钛相变温度882℃,α钛向β钛转变后原子迁移速率更快,在这个温度以上烧结,致密化效率更高。保温时间越长,样品的致密度越高,但是密度提升较为缓慢。保温时间的长短主要影响的是元素扩散程度和组织形貌。升温速率对密度影响不大,升温速率本质上是改变了保温时间,升温速率过快,颗粒结合不充分,导致缺陷残留基体。随着压力的提高,烧结初期的致密化程度越来越高,但是当压力高20 MPa时,压力的提高对烧结初期的致密化过程的影响减小,烧结压力高于一定值后对颗粒堆积状态影响不大,而烧结中后期样品的致密度随着压力的提高而呈现增大趋势,而对烧结中期,随着温度的提高,压力对晶界扩散或晶界滑移引起的扩散蠕变有一定的促进作用。在获得钛烧结致密化规律之后,实验开始研究固溶氧的钛合金。实验发现球磨混粉所烧结的样品力学性能远高于普通混粉的样品。针对掺氧钛,未球磨样品的硬度较低并且非常不均匀。球磨样品的XRD数据显示,峰向小角度偏移的程度高于非球磨样品,这说明球磨混粉可以比较理想的混匀粉末。针对未球磨样品,随着温度的升高硬度逐渐提升,XRD峰随温度提升偏移量增大,说明温度的升高有助于二氧化钛的分解和氧元素的固溶。实验预掺氧的样品,随着氧含量的升高,钛的相转变温度也提高,相较于纯钛样品,获得更致密的组织所需要的温度更高。950℃烧结的样品由于在该成分下温度较低,氧元素扩散完整,并且组织尚未形成均匀等轴晶,所以塑性较差。1050℃的样品虽然致密度最高,但是从晶粒的角度,晶粒出现了局部长大,所以1050℃的样品强度低于1000℃烧结的样品。实验研究不同氧含量的固溶强化钛的组织与性能,样品预掺1.0、1.5、2.0at.%O,随着氧含量的增加,样品的屈服强度成比例增加,并且随着氧含量的提高,XRD峰向小角度偏移,固溶的氧更倾向于保留在α-Ti晶格的八面体位置,由于没有其它颗粒或沉淀出现,并且不存在细晶强化,这说明钛的强化机制是固溶强化。