本发明公开了一种铝?钛铝金属间化合物?氧化铝复合材料及其制备方法和应用。首先将纳米TiO2颗粒与铝片通过累积叠轧制成Al?TiO2复合材料预制体；然后将Al?TiO2复合材料预制体置于高温高压条件下诱发原位化学反应生成TiAl3和Al2O3混合颗粒；随后将样品加热至铝熔点以上温度进行热挤压处理，获得终的Al?TiAl3?Al2O3复合材料。该工艺利用较低的初始TiO2颗粒体积分数，通过Al?TiO2间的化学反应和铝的选择性热挤压，大幅调节目标颗粒的含量，生成的TiAl3颗粒和Al2O3颗粒总体积分数为初始TiO2颗粒体积分数的3.6?9.9倍，且显微组织细小，颗粒分布均匀。本发明所制得的Al?TiAl3?Al2O3复合材料力学性能优异，硬度高达532.8HV，是纯铝的21.7倍，室温压缩强度高达1311.9MPa，300℃下压缩强度高达918.6MPa，600℃下压缩强度高达564.6MPa，700℃下压缩强度为225.2MPa。