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发展具有高强度、高韧性和大弹性应变等优异性能的材料一直是研究者追求的目标之一，传统的单一相金属或合金很难实现上述目标。设计具有特定显微组织结构的纳米复合材料，如纳米线材料、纳米多层膜材料和析出强化材料等，已被证明是实现该目标的可行性方法。已探知，纳米材料具有区别于体材料的超常力学性能，被认为是复合材料的理想增强组元。但到目前为止，已制备出的纳米复合材料的力学性能大多都远低于其理论预测值。其原因主要包括:纳米增强相体积分数小且分布不均匀，两相界面结合强度低，以及基体弹性应变难以与纳米增强相的大弹性应变匹配等。层状复合材料由于具有丰富、可控的微观结构特征，如材料的晶体结构、调制结构参数（调制周期λ和调制比η）、界面属性（晶体/晶体界面和晶体/非晶体界面）以及界面结构特性（界面匹配关系与取向关系）等，给科学工作者提供了一种全新的材料设计的方法。以纳米片层为增强相，制备具有大块体形式的纳米层状复合材料，为在大块体材料中实现纳米材料的超常力学性能提供了可能性。有望解决纳米材料的本征超常力学性能难以在结构材料中应用的困难。 本文设计制备了Nb/NiTi纳米层状复合材料，并对制备的Nb/NiTi纳米层状复合材料的显微组织、取向分布、化学成分及相变行为等进行了分析。本课题的主要研究结果如下: (1)利用应力传递和应变耦合机制，基于Nb纳米片层的大弹性和NiTi合金的相变伪弹性相匹配的材料模型，设计并采用创新的累积叠轧焊技术制备了Nb/NiTi纳米层状复合材料。 (2)制备得到的Nb/NiTi层状复合材料两相结合牢固，界面清晰，Nb片层平直、均匀、连续地分布于NiTi基体中。随着轧制道次的增加Nb片层和NiTi基体的厚度逐渐减小:每增加1个轧制道次，Nb和NiTi的层厚减小90％。到第4轧制道次后，Nb片层厚度达到50nm左右。 (3)随着轧制道次的增加，Nb和NiTi的晶粒都被逐渐拉长、细化。到第4轧制道次后，Nb片层呈现准单晶组织，即Nb由跨越整个Nb片层厚度、长度至少为400nm的细条状单晶组成。 (4)制备得到的Nb/NiTi层状复合材料在Nb-NiTi界面处出现中间层。第二道次的中间层厚度大于第一道次的中间层厚度，此后随轧制道次的增加，中间层的厚度逐渐减小。 (5)在轧制和热处理过程中，NiTi和Nb会发生相互扩散。随着轧制道次的增加，NiTi基体中的Ni和Ti比例基本保持稳定，Nb含量增加;Nb片层中，Ni和Ti元素逐渐增加，Nb元素含量逐渐减少，第4轧制道次后，Nb含量减小到80％左右;中间层中，Ni元素含量逐渐减少，Ti元素和Nb元素含量增加，最后三种元素稳定于近似等原子百分比。 (6)随轧制道次的增加，Nb/NiTi层状复合材料在500℃热处理30min后的相变温度变化不大。而R相变的开始和结束温度随轧制道次增加逐渐下降。