钛基复合材料（Titanium Matrix Composite，TMC）通过在钛合金中引入增强相，可显著提升强度和服役温度，在航空航天、武器装备等领域的关键部件上具有巨大的应用潜力。其中，碳纳米管（Carbon nanotube，CNT）因具有高比强度和弹性模量，被认为是TMC的理想增强相。然而，通过粉末成形技术（粉末冶金和3D打印）制备CNTs/TMC时，出现CNT团聚、难保留以及增强组织不均匀等现象，造成了CNT的强化效果弱和材料性能差等问题。导致上述问题的根本原因在于缺乏用于制备CNTs/TMC的高品性复合粉体。当前，CNT和Ti的复合粉体主要制备方法包括机械混合法和化学气相沉积法，前者通过机械外力将CNT与Ti粉混合，但CNT的强范德华力导致其难以均匀分散，同时外力注入破坏了CNT的结构完整性，导致反应活性增高而难以在成形后保留；化学气相沉积通过引入催化剂合成CNT，但固定床内温度场和气流场分布不均，粉体的固定堆叠状态也导致CNT在Ti粉上生长不均匀，同时外加催化剂还引发脆性共析体的形成，严重影响材料的塑性。目前，仍然缺乏一种高品性CNTs/Ti复合粉体的制备技术，这严重限制了CNTs/TMC的发展与应用。针对该问题，本论文提出激活Ti-6Al-4V（TC4）合金内铁杂质的催化活性，配合流化床化学气相沉积技术（Fluidized Bed Chemical Vapor Deposition，FBCVD）在钛粉表面原位合成CNT，构建一种高品性CNTs/TC4复合粉体的创新思路。具体地，通过化学表面处理激活在TC4粉体内部均匀固溶的Fe杂质对CNT的催化活性，并利用流化床的高传热传质特性强化其催化效能，结合流化床将粉体悬浮吹动的技术特点，实现高品性CNT在TC4粉体表面上的均匀生长。最后采用快速烧结或3D打印技术对粉体加工成形，实现CNT在钛合金基体内部均匀分散和大量保留，进而提高力学性能。通过研究Fe杂质催化CNT的生长原理和调控机制、流态化粉体表面生长CNT的动力学调控规律、快速烧结或打印过程中CNT与Ti基体的反应过程和滞留行为、CNTs/TMC组织与性能之间构效关系以及第二相强化机制等内容，取得以下创新成果：（1）证实经过Kroll试剂处理后的TC4粉体在流化床内通过化学气相沉积原位自生CNT的可行性，发现化学侵蚀能够去除粉体表面的氧化膜并暴露Fe杂质，其在沉积过程中降低乙炔的裂解能并催化分解为规则排列的碳原子，最终在β相周围合成CNT，而未处理的粉体表面只能沉积无定型碳。（2）探明了TC4粉体上合成CNT的动力学调控规律，确定了沉积温度是CNT品性的主要影响因素。温度过低时，乙炔裂解速率慢、催化剂活性低，难以在粉体表面沉积CNT；而温度过高将导致Fe与C反应生成Fe3C，导致催化剂失活。进一步研究发现，在550 °C~600 °C条件下，合成的CNT具有结构完整、分布均匀、与Ti粉结合力强等优点。同时，该方法适用于制备3D打印用球形CNTs/TC4复合粉体，此时CNTs同样具有高品性和高分散性特点，经过处理后的粉体流动性为26.5 s/50 g，球形度为90.2%，与原始球形雾化粉相当。（3）探明了CNTs/TC4复合粉体在1000 °C快速烧结的致密化行为和CNT演化过程，发现碳含量<0.36 wt.%时，粉体烧结后具有高致密度，大部分CNT能够在基体中保留；当碳含量为0.25 wt.%时，成形样品压缩屈服强度达到1510 MPa（比TC4提升了52.5%），并且维持了较高的塑性（应变21.8%）。（4）CNTs/TC4复合粉体具有优异的打印响应，在扫描速率ν=0.6 m/s、激光功率P=135 W、能量密度E=150 J/mm3条件下，复合粉体打印后致密度达到99.98%。CNT在打印组织中可以保留但同时伴生少量TiC的纳米颗粒和纳米片，显著提升基体的抗拉强度，达到1162 MPa（比基体提升240 MPa），其强度提升主要归因于CNT载荷转移、TiC纳米片架桥支撑和TiC颗粒钉扎三者之间的耦合强化作用。