本發(fā)明公開了一種異構結構的鈦基復合材料及其制備方法和應用，該復合材料主要由鈦或鈦合金作為鈦基體，由原位自生的碳化鈦、硼化鈦中任意一種或者兩種作為增強相形成。本發(fā)明的復合材料的微觀結構中，增強相和細晶粒鈦形成的納米復合細晶結構分布在粗晶粒鈦基體周圍形成網(wǎng)絡狀的非均勻分布，且致密性良好，細晶粒和粗晶粒的鈦結合在一起形成粗晶與細晶的雙晶粒異構結構，且界面結合優(yōu)良；細晶鈦組織中的增強相的微觀成分在整個復合材料中呈現(xiàn)成分的梯度，使復合材料形成了晶粒尺寸與微觀成分的雙異構結構。本發(fā)明的復合材料具有較高的強度和塑性組合，綜合力學性能優(yōu)良，可以廣泛地應用于航空航天、軍事裝備和海洋工程及生物醫(yī)療領域。