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钛合金由于具有高比强度、高耐蚀性等优点，是目前医疗领域应用最为广泛的金属材料之一。然而，当前商品化钛合金的弹性模量远高于人体骨组织的模量，容易导致应力分布不平衡，从而产生“应力屏蔽”效应，使得骨组织与植入体间发生松动。多孔材料具有与人体骨组织匹配的弹性模量，是解决植入体与人体骨弹性错配的有效手段。多孔材料内部存在的大量孔隙更有利于周围细胞的长入和新骨的生长，从而促进骨组织形成能力。然而目前传统方法（如粉末冶金法等）所制备的钛合金多孔材料多为无序的孔隙结构，只能通过孔隙率的调节来改善多孔材料的力学性能，而孔隙率往往和强度、弹性模量成正比，无法同时提高强度或降低模量。为此，本文采用电子束增材制造技术(EBM)制备了规则点阵结构的Ti-6Al-4V合金多孔材料，通过研究不同单元结构、梯度孔隙分布等对多孔材料压缩变形行为、疲劳行为的影响，力图获得具有优异力学性能的多孔材料。主要研究工作及结论如下: (1)孔隙结构的提出准则及制备。根据制备工艺的限制以及研究的可行性，分别从柏拉图多面体、阿基米德多面体中，选取三种结构作为研究对象:立方体结构、G7结构以及菱形十二面体结构。应用Acram A1型电子束增材制造设备，以Ti-6Al-4V合金粉末为原料，制备出以以上三种结构为单元的Ti-6Al-4V多孔结构。 (2)不同孔型结构对多孔材料力学行为的影响。本文制备的三种结构Ti-6Al-4V多孔材料孔隙率范围为58～88％，相应的抗压强度为10～300MPa，弹性模量为0.5～15GPa。不同孔型多孔材料的静态压缩强度和变形行为主要由施加于孔棱作用力的屈曲和弯曲分量耦合作用决定。如果孔棱的变形由屈曲变形主导，多孔材料具有较高的强度并呈现出脆性多孔材料的压缩变形特征;当孔棱变形由弯曲变形主导时，多孔材料的强度较低，其弹性变形规律符合Gibson-Ashby模型。通过增加作用于孔棱的弯曲分量作用，多孔材料由脆性断裂方式向韧性失效方式转变。 多孔材料疲劳过程的损伤机制为孔棱的循环蠕变特性和疲劳裂纹萌生、扩展的共同作用。提高施加于单元孔棱作用力的屈曲分量，可以显著降低多孔材料的循环蠕变率，阻滞裂纹在孔棱间的扩展，提高材料高周疲劳强度。增加施加于单元孔棱作用力的弯曲分量，将更容易在孔棱表面形成疲劳裂纹源。粗糙的孔棱表面以及内部的孔洞缺陷会加速疲劳裂纹的扩展。 (3)梯度孔隙分布对多孔结构力学行为的影响。梯度多孔结构的有效抗压强度、弹性模量为各均匀组分强度与模量的权重平均值。在循环形变过程中，裂纹在高强度部分首先形成，并且随周次增加逐渐向低强度组分扩展，导致其各均匀组分内不断发生应力再分配。该应力的不断重新分配一方面导致梯度多孔材料循环蠕变率不断变化，另一方面显著抑制疲劳裂纹在多孔材料内的扩展。梯度多孔材料的疲劳寿命主要由各组成单元的循环蠕变特征决定，通过合理调整多孔材料各组成单元的孔型及梯度孔隙分布，可以使多孔材料在低密度下兼具高疲劳强度和高吸收能，其性能远高于均匀孔隙金属多孔材料。 (4)研究退火处理对梯度Ti-6Al-4V多孔材料组织和力学性能的影响。结果表明，EBM法制备Ti-6A1-4V合金多孔材料孔棱组织为α片层组织，片层之间有极少量的β相;在950℃退火处理1h后，α相片层明显粗化，孔棱塑性提高，使多孔材料强度降略有降低，但压缩变形行为向韧性金属变形转变，优化了多孔材料的强韧匹配。 本文着重讨论了孔隙结构以及孔棱组织对Ti-6Al-4V有序多孔结构力学行为的影响，结果表明，通过孔型调整和梯度结构优化，能够获得具有优异综合力学性能的多孔结构。