近年来将具有优异机械性能的钛合金以及良好生物活性的羟基磷灰石（HA）相结合而制备的生物移植复合材料成为了研究的重点,但其中也存在应力屏蔽效应、界面反应复杂等问题。因此本文在Ti-29.2Ta-12.2Nb-4.3Zr（wt.%）-HA材料的基础上加入纳米碳材料（石墨烯和碳纳米管）来获得兼具优良力学性能和生物兼容性的新型生物材料。实验中纳米碳的表面改性采用超声和有机酸处理,之后通过机械合金化和真空热压烧结/放电等离子烧结（SPS）的方法制备了纳米碳增强钛基/HA生物复合材料。本文在微观结构和机械性能分析的基础上探究了纳米碳的添加对复合材料性能的影响,并分析了复合材料的强化机理和断裂机理等。结果表明:通过热压烧结制备的石墨烯增强钛基/HA复合材料在高温烧结过程中发生了复杂的化学反应,产生了Ca₃（PO₄）₂、Ti_xP_y、Ti₃O等新相。随着石墨烯含量的增加,复合材料的显微硬度递减,剪切强度、压缩强度有一定程度的降低,这主要是由于石墨烯的团聚所造成的。而复合材料的强化机制主要为石墨烯的超大界面强化、弥散强化、褶皱结构和载荷传递等,而固溶强化、细晶强化、其他元素的弥散强化也起到了一定作用。通过SPS制备的纳米碳增强钛基/HA复合材料在烧结后产生了β-Ti、TiO₃、ZrO₂等新相,也存在少量Ti₁₇P₁₀、CaTiO₃、Ca₃（PO₄）₂。而与热压烧结制备的复合材料的性能相比,SPS制备的0.5-GNFs复合材料的显微硬度、抗压强度、剪切强度分别提高了约2.8、4.8、4.1倍。在SPS制备的纳米碳增强的复合材料中0.5-GNFs复合材料更佳的力学性能主要是由于片层状的GNFs团聚程度更低。而复合材料中存在的强化机制主要是纳米碳的强化作用,如载荷传递、GNFs的超大界面强化和独特的褶皱结构、CNTs的桥联作用等。体外生物活性测试表明纳米碳的添加有利于促进钛合金/HA复合材料表面细胞的黏附和增殖,因为纳米碳能够促进移植后复合材料矿化颈的形成、刺激生物矿化作用。磨损实验结果表明纳米碳增强钛基/HA复合材料在干摩擦滑动磨损实验过程中存在的主要磨损机理为磨粒磨损,而粘着磨损和氧化磨损也存在于其中。