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本发明公开了一种具有两级增强三维网状结构的TiAl基复合材料及其制备方法，包括以下步骤：(1)将钛粉、铝粉、铌粉和铬粉按摩尔比41.5～50.5：43～47：5～9：1.5～2.5混合球磨，得到机械合金化粉末；(2)将步骤(1)制备的机械合金化粉末与钛预合金粉末按质量比44～47：3～6均匀混合，得到混合粉体；(3)将混合粉体进行真空热压烧结，得到所述TiAl基复合材料。上述制备方法简单，且原料易得、成本低，制备得到的复合材料基体微观组织细小、合金颗粒分布均匀，且无空隙、裂纹等缺陷；此外，通过α2‑Ti3Al相增强基体γ‑TiAl相以及钛合金粉末颗粒与基体钛铝基合金紧密结合的两级增强作用，有效提高了钛铝基复合材料的高温强塑性，使其在高温合金领域具有良好的应用前景。