本发明涉及生物医用材料技术领域，具体涉及一种梯度异构钛钽层状复合材料、制备方法及其应用，这种钛钽层状复合材料，通过改变钛层与钽层的厚度比例，实现了层状复合材料中的成分梯度分布，并可对其组织和性能进行调控，在复合材料中形成了多层次的具有不同结构的层状组织，提高了材料的强度和韧性，降低了弹性模量。具体方法是，选择不同厚度的钛箔和钽箔，交替叠置钛层和钽层，利用扩散连接法把钛箔和不同厚度的钽箔连接起来，制备了梯度异构钛/钽层状复合材料，有效提高了钛钽合金综合力学性能，同时延伸率可达28％同时，该制备方法可以用于调控层状复合材料的组织和性能，改良和调控生物医疗领域用钛钽合金的性能具有指导意。