钛基复合材料（TMCs）由于其自身具有高比强度,高比模量,同时具有优异的耐高温能力,符合航空飞行器、高性能汽车领域结构件轻质高强的严格性能要求。然而TMCs的传统研究思路总是致力于提高增强相的含量和追求增强相均匀分布,其结果强度与塑（韧）性之间总是存在倒置关系,为解决这一难题,本文选择了一种具有高比表面积的二维材料石墨烯（graphene,Gr）和高纵横比的一维碳纳米管（carbon nanotubes,CNTs）作为增强相,通过片状粉末冶金和随后的热轧成功制备出了高性能的低维碳增强钛基复合材料。通过优化预分散、片状化球磨、SPS烧结、轧制工艺参数,成功地解决了CNTs、Gr在Ti基体中的均匀分散及CNTs、Gr与Ti的界面控制等关键问题。低维碳增强钛基复合材料的设计与制备是通过以下三步实现:（1）复合粉体制备:通过优化的高能球磨工艺（360rmp+球料比20:1+8h）将球形钛粉制备具有成更高径厚比的片状粉末;接着分别将酸化的CNTs和具有活性添加剂PVA的Gr经过8h和5h的超声分散,然后将分散好的CNTs和Gr溶液混合超声3h,得到最终的分散良好的Gr、CNTs的混杂溶液;最后利用优化的低能球磨工艺（220rmp+球料比3:1+4h）将混杂溶液中的Gr和CNTs均匀分散在片状钛粉表面,制备低维碳增强钛基层状结构单元;（2）低温高压快速SPS烧结:将（Gr+CNTs）层状结构单元进行600℃、250MPa、15min SPS烧结,成功制备出烧结态低维碳增强钛基复合材料;（3）低维碳增强钛基复合材料轧制:把烧结后的块体材料在800℃进行轧制变形量为50%的热轧,最终成功制备出低维碳增强钛基复合材料。微观组织研究表明:加入的Gr、CNTs在低维碳增强钛基复合材料中实现了均匀的分散,且在低温、高压烧结下的Gr、CNTs与Ti基体的界面反应被有效的控制,只有少量增强相的缺陷处与Ti基体生成了纳米TiC颗粒。力学性能表明,烧结态Ti-0.08%Gr/CNTs复合材料的显微硬度相对于纯Ti提高了43.7%,达到247.4HV,且比Ti-0.08%Gr和Ti-0.08%CNTs单增强相复合体分别高10.8%和18.5%。随着混合增强相CNTs和Gr的质量分数从0.03%增加到0.08%,低维碳增强钛基复合材料的抗压强度从1285MPa增加到1426MPa,提高了10.9%。并且Ti-0.08%Gr/CNTs复合材料的抗压强度相对于纯Ti提高了46.3%,且压缩应变与纯Ti相当。轧制变形后,Ti-0.08%Gr/CNTs复合材料的屈服强度相比于纯Ti板的屈服强度提高37.8%达到686MPa,并且其延伸率仍保持在较高水平为24%。断口分析表明,轧制变形后拉伸断口具有明显的韧性断裂特征。从三维XRM断口结果中看出,裂纹和孔洞大多都是集中在断口附近,并且裂纹体积随远离断口而逐渐减小。