先進鋁基復合材料研究的新進展

曾星華，徐　潤，譚占秋，范根蓮，李志強，張　荻

(上海交通大學 金屬基復合材料國家重點實驗室，上海 200240)

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第一作者：曾星華，男，1989年生，碩士研究生

先進鋁基復合材料研究的新進展

曾星華，徐潤，譚占秋，范根蓮，李志強，張荻

(上海交通大學 金屬基復合材料國家重點實驗室，上海 200240)

摘要：從鋁基復合材料納米化、構型化、制造技術3個方面，綜述了先進鋁基復合材料研究的新進展，并對其發展趨勢進行了展望。新型納米增強體可為鋁基復合材料提供高的增強效率，而增強體和鋁基體的納米化則由于一系列尺寸效應,賦予復合材料更優異的性能；基體晶粒尺寸的雙峰、多峰分布，層狀、網絡等復合構型的設計,為其性能最優化提供了新的途徑；新型粉末冶金、大塑性變形、增材制造等新技術為新型鋁基復合材料的制備和加工提供了技術基礎。可以預見，性能更優異的納米增強體的應用、不同尺度結構效應的發揮及新型鋁基復合材料制備加工新技術的開發，將會成為未來鋁基復合材料的研究熱點。

關鍵詞：鋁基復合材料；納米化；復合構型；新型制造技術

1前言

近年來，隨著能源環境問題凸顯，工業設計、制造以及應用對金屬材料性能的要求越來越高，金屬基復合材料(Metal Matrix Composites, MMCs)，特別是以鋁等輕金屬為基體的復合材料因其密度低，機械性能優異，還兼具多種功能特性，已成為軍事國防、航天航空等高技術領域不可缺少的輕量化結構材料和功能材料，并在交通、電子、能源、環境等國民經濟和高新技術領域獲得了越來越多的應用[1-3]。

然而，由于各種與鋁基體性質差異巨大的增強體的引入，導致了鋁基復合材料塑韌性差、制備過程難以控制、二次加工成型困難等一系列問題[4-5]。因此，目前鋁基復合材料研究的主要目標是在繼續提高其綜合性能的同時，還能保持較好的塑韌性、穩定性和可加工性。為了達到這樣的目標，目前在新型鋁基復合材料的組分、結構的設計中，呈現出納米化、構型化的趨勢，引入高性能納米增強體，利用鋁基復合材料中增強體、基體的納米尺寸效應，以及設計多峰分布、層狀、網狀等有序的復合構型等方式在新型鋁基復合材料中起到了良好的綜合性能強化效果；在新型鋁基復合材料的制備加工工藝研究中，一方面為了實現其組分和結構的新型設計，另一方面為了解決其制備過程控制、二次加工困難的問題，一些新型粉末冶金技術、大塑性變形工藝、增材制造技術等也得到了許多研究者的關注。本文將主要介紹近年來鋁基復合材料在這幾方面的新進展，并對未來的發展趨勢進行展望。

2鋁基復合材料的納米化

隨著納米技術的發展，人們發現了碳納米管(Carbon Nanotubes, CNTs)、石墨烯(Graphene, GR)、氮化硼納米管(Boron Nitride Nanotubes, BNNTs)等在微觀尺度上，具有十分優異的剛度、強度和功能特性的納米材料[6]，將他們與鋁基體復合，有望在宏觀上發揮這些優異性能，獲得很高的增強效率和增強效果。另一方面，納米尺寸的增強體和基體結構能夠在鋁基中發揮尺寸效應，通過發揮材料中的位錯、晶界等微觀缺陷、應力-應變分配行為等方面的作用來調控材料性能。

2.1高性能納米相增強鋁基復合材料

進入21世紀以來，將CNTs等高性能納米材料作為增強體的鋁基復合材料受到了全世界研究者的廣泛關注[7]。這些納米增強體性能優異，具有顆粒、纖維、片層等多種多樣的幾何形態，由于它們十分細小，具有很高的總表面能，易于團聚，因此對于各種高性能納米相增強的鋁基復合材料而言，首先要考慮的是在基體中實現增強體的充分分散，以避免團聚所造成的缺陷；再者，由于納米相增強鋁基復合材料中的界面體積分數非常高，必須對界面進行嚴格的控制；此外，還要盡可能地保持增強體幾何形態和結構的完整性，以獲得最好的增強效果[8]。因此，制備技術研究是目前為止高性能納米相增強鋁基復合材料的主要研究內容。

CNTs是目前研究較為深入的一種高性能納米增強體，其密度約為鋁的60 %，而模量、強度、熱導率等性質遠遠高于鋁基體和各種傳統增強體，是目前性能最優的納米纖維增強體[7-8]。研究證明[9]，僅僅2%(質量分數)的結構完好、界面結合良好、均勻分散CNTs就可以提高AMCs的強度超過200 MPa，模量約20 GPa，還能保持材料較好的斷裂應變。這是由于：CNTs不僅力學性能優異，還具有很高的長徑比，利于載荷的傳遞；CNTs的存在能夠約束晶粒尺寸，起到細晶強化的效果；CNTs作為納米第二相存在于基體中，可以促進鋁基體儲存位錯、阻礙位錯運動，起到強韌化的效果[7]。

經過了10多年的發展，人們對CNTs增強AMCs的制備工藝已經達成了一些共識[7-8]：首先，為了防止CNTs和鋁熔體發生嚴重的界面反應生成大量脆性的Al4C3相，必須要使用粉末冶金等能夠在相對較低的溫度下控制界面反應的固相方法；然后，必須引入合適的分散工藝，或者通過在鋁基體中均勻地原位合成，來保證CNTs在鋁基體中的分散性。

目前，能夠獲得高性能CNTs增強鋁基復合材料的方法主要包括高能球磨[10]、溶液輔助分散法[11]、片狀粉末冶金[9,12]等外加CNTs方法，和化學氣相沉積[13]、聚合物熱解[14-16]等原位合成CNTs方法。這些方法基本能滿足CNTs增強鋁基復合材料的要求，但各有其不足之處。目前CNTs增強鋁基復合材料制備技術研究的主要目標是使其在具有優異力學性能的同時，還具有良好的塑韌性、穩定性和產業化的潛力。

除了CNTs外，另一些高性能納米材料如GR[17]、BNNTs[18]等也已被應用于鋁基復合材料中，展現出了顯著的增強效果。二維形態的GR在鋁基復合材料中展現出很高的增強效率，僅0.3%(質量分數)就能將鋁基復合材料的強度提高約100 MPa[17]，這種增強效率甚至優于CNTs[9]。而BNNTs與CNTs的力學性能相近，與鋁的界面反應產物主要是硬度高、化學性質穩定的AlN相和AlB2相[19]，避免了不良界面產物Al4C3對材料性能的損害，因而得到了一些研究者的關注。但總體說來，這些納米相增強鋁基復合材料的研究還不成熟，如片層狀的石墨烯向鋁基體中引入較困難，目前只有片狀粉末冶金[17]等少數幾種方法,能夠將少量石墨烯平整、完好地引入到鋁基體中，起到較好的增強效果；BNNTs對鋁基體的增強效果和CNTs相比還有較大的差距[18]。此外，大部分高性能納米增強體的產業體系還遠不如CNTs完備，較低的產能和較高的價格也制約了其研究和應用的進程。

總體來說，高性能納米相增強鋁基復合材料的研究正處于一個快速發展時期。一方面，各種增強體的鋁基復合材料最優化的制備工藝、界面控制和增強機制正在受到深入的研究；另一方面，人們也正致力于以 CNTs增強為主的較為成熟的高性能納米增強體鋁基復合材料的宏量制備的研究，希望能夠在工程實際中獲得廣泛的應用。

2.2鋁基復合材料中的納米尺寸效應

增強體和基體結構的納米化都會為復合材料帶來特殊的尺寸效應，給材料性能帶來顯著的影響，這引起了人們對于傳統增強體納米化、傳統基體晶粒納米化、超細晶化的研究興趣。目前，許多研究者正致力于通過納米增強體，超細晶(Ultrafine Grain, UFG)、納米晶(Nano Grain, NG)基體的設計等對復合材料的變形行為、應力-應變分配、熱穩定性等性質進行調控，以獲得全面提高鋁基復合材料性能的效果。

2.2.1增強體納米化的尺寸效應

與傳統的微米增強體相比，納米增強體與基體中的位錯、晶界、析出相等微結構的尺寸接近，能通過其相互作用產生很多在傳統微米增強體中少見的新現象。

首先，在晶粒中的納米彌散增強體既能夠作為位錯源產生位錯，又能阻礙位錯運動，儲存位錯，起到Orowan強化的作用，其高的比表面積為材料提供了高的位錯容量，能同時提高鋁基復合材料性能，特別是以UFG、NG為基體的復合材料的強度和韌性[20-21]。

其次，增強體在基體中造成的應變硬化區域大小與增強體的尺寸有關[22]。相同體積分數下，納米增強體尺寸遠小于傳統增強體，造成的硬化區域小而分散，能夠減小復合材料中的應力集中。

此外，納米增強體通常在較高的溫度下性質穩定，還能起到釘扎晶界、阻礙晶界遷移的作用，有益于復合材料的高溫力學性能[23]、蠕變[24]、組織熱穩定性[23, 25]等。

因此，除了2.1所述的高性能納米材料增強體外，納米尺度下的傳統增強體，如納米Al2O3、納米SiC等也開始受到廣泛的關注[23]。通過原位反應形成的納米Al3Ti等金屬間化合物增強體，因其優異的剛度、硬度和熱穩定性，也成為研究的熱點之一[26]。

2.2.2基體晶粒納米化的尺寸效應

除了增強體納米化外，基體晶粒的納米化也是目前鋁基復合材料的前沿研究內容之一。對于金屬材料而言，當材料晶粒細化到亞微米、納米尺寸時，晶界強化作用大大增強，材料可以獲得很高的強度[27]，將NG、UFG的鋁作為基體與增強體復合，有望獲得力學性能更為優異的復合材料。

然而，由于NG和UFG金屬中位錯的產生和儲存能力相比常規尺寸晶粒明顯下降，材料的塑韌性則會明顯損失[27]，增強體的引入會造成材料承載過程中嚴重的應力集中，導致局部失穩、裂紋形核擴展，也會損害材料的塑韌性[4]。因此，大部分情況下，NG、UFG基體與增強體的共同作用賦予復合材料高的強度，但塑韌性變得很差。目前，研究者們正通過一些特殊的結構設計來解決這個問題。Kai等[28]在B4C增強的UFG的鋁基復合材料中引入存在于晶內的納米彌散Al2O3，提高材料位錯產生和儲存能力，明顯提高材料加工硬化能力，最終實現了材料強韌性的提高；加州大學戴維斯分校的Vogt等[29]在微米增強體周圍引入UFG基體晶粒，將增強體造成的基體應變硬化區域局限在UFG內，限制由于應力集中造成的材料局部失穩。

3鋁基復合材料的構型化設計

一般來說，在鋁基復合材料的制備過程中往往要盡可能地追求增強體在基體中的均勻分散，以避免增強體聚集造成的材料缺陷、應力集中等現象對材料性能造成的損害。然而，對于大部分復合材料體系而言，增強體均勻分散并不是最優化的構型。相反，合理地控制復合材料各組分的空間分布，調控材料結構在空間上的不均勻性，更有機會使其整體性能最大化[30]。這種空間分布在尺度上既不同于材料構件的宏觀結構，也不同于復合材料中的位錯、晶界、界面等微觀結構，而是在中間尺度上對材料結構的一種構筑，因而被稱為材料的“構型(Architecture)”(圖 1)[31]。

圖1　材料構型的尺度[31]Fig.1　Length scales of materials’ architecture[31]

近年來，人們逐漸重視鋁基復合材料中構型的作用，設計出了一系列具有特殊構型的復合材料，希望通過結構效應對材料性能進行調控。目前在鋁基復合材料中已經報道的構型包括島狀[32]，雙峰、多峰分布[33-35]，層狀[36-40]，多芯[41]，網絡[42-44]等多種復合構型。但總體說來，目前尚沒有一種成熟、普遍的原則來指導不同鋁基復合材料的構型設計，需要針對材料體系和性能目標進行獨立的設計和研究。考慮到實際材料性能調控效果和制備上的易行性，在諸多構型中，雙峰、多峰分布，層狀和網絡構型具有較高的實用性和發展潛力，因此受到了研究者們的廣泛關注。

3.1雙峰、多峰分布構型

傳統的鋁基復合材料中，增強體尺寸、基體晶粒尺寸等參數通常是以正態分布等單峰方式分布的，在不同尺寸下，增強體、基體晶粒的性質有很大的差異。雙峰、多峰分布構型應用了尺寸匹配的思路，在復合材料中混雜不同尺寸的增強體或基體晶粒，結合其在不同尺寸下的性質，可以獲得良好的增強效果[33]。

對于鋁基復合材料的導熱、熱膨脹等功能特性而言，增強體的體積分數起到決定性的影響。尺寸單峰分布的增強體在空間中的最大體積分數有限，限制了材料性能的優化。Arpon等[34]通過將兩種尺寸的SiC顆粒按比例匹配后復合到鋁基體中(圖2a)，使制得的鋁基復合材料中SiC的體積分數明顯高于兩種尺寸各自單峰分布的復合材料，具有更高的熱導率、更低的熱膨脹和電導率。

除了增強體尺寸外，鋁基復合材料基體晶粒尺寸的雙峰、多峰分布能匹配NG、UFG的高強度和粗晶粒的塑韌性，獲得綜合力學性能優異的復合材料[33]。加州大學戴維斯分校的Ye等[35]制得的晶粒雙峰分布的B4C/5083鋁合金復合材料(圖2 b)在具有高達約1 058 MPa的抗壓屈服強度的同時，還保持了約2.5%的斷裂應變，這是由于在材料受載過程中，較軟的粗晶所受載荷迅速傳遞到較硬的細晶和B4C中，使粗晶中所受載荷很少，不會先于細晶基體屈服，而材料的應變卻能集中在粗晶中，為材料提供較好的塑韌性。

圖2　SiC顆粒尺寸雙峰分布的SiC顆粒/Al復合材料(a)[34] ，基體晶粒尺寸雙峰分布的B4C顆粒/Al復合材料(b)[35]Fig.2　 SiC particles/Al composites with a bimodal distribution of SiC particles sizes(a)[34] , B4C particles/Al composites with a bimodal distribution of matrix grain sizes(b)[35]

3.2層狀構型

層狀構型是目前鋁基復合材料中發展較為成熟的一種構型。多相材料的層狀構型最接近混合法則的假設，能夠在沿著層方向上充分發揮不同層材料的性能，因而較早受到研究者的關注。通過箔板軋制或鍛壓[36]、多層薄膜制備[37]、累積疊軋[38]、冷凍鑄造[39]、片狀粉末冶金[9, 17, 40]等方法，可獲得從納米到宏觀的不同尺度的層狀鋁基復合材料，這些層狀構型不僅能充分發揮兩相材料的性能，還為復合材料帶來了一些特殊的結構效應。

首先，不同層之間能通過變形的協調匹配實現材料綜合性能的匹配。Chawla等[37]研究層厚為25～50 nm的SiC/Al納米多層膜時發現，這種復合多層膜在受載過程中，能通過鋁層的剪切變形來在層間傳遞載荷(圖3a, b)，使得載荷主要由硬質的SiC層承擔，而應變卻主要集中在鋁層內，使得復合薄膜有很高的硬度的同時，還能具有良好的塑韌性。

然后，軟而韌的層與硬而脆的層之間的交疊能夠提高材料中裂紋傳播過程的能量耗散，提高材料的韌性。加州大學伯克利分校的Launev等[39]在其制備的Al2O3/鋁硅合金層狀復合材料斷裂過程中，發現了在Al2O3層的約束下，鋁合金層中的裂紋橋接、偏轉現象大大增加了裂紋路徑(圖3c)，提高了材料的裂紋容量，其斷裂韌性明顯高于鋁硅合金和Al2O3通過混合法則計算的理論值。

圖3　SiC/Al多層薄膜受壓痕測試時的SEM圖像(a)[37] ，SiC/Al多層薄膜受壓時應力分布的有限元模擬結果(b)[37]及Al2O3/鋁硅合金層狀復合材料的裂紋擴展路徑(c)[39]Fig.3　SEM image of indentation of SiC/Al multilayers(a)[37] ， the finite element simulation result of stress distribution of indentation of SiC/Al multilayers(b)[37]， and the crack propagation path of a laminated Al2O3/Al-Si alloy composite(c)[39]

盡管層狀構型在鋁基復合材料中起到很好的強化效果，但層狀塊體材料的宏量制備仍是一個難題。上海交通大學[9, 17, 40]開發出一種“片狀粉末冶金”方法制備納米、亞微米尺度層厚的層狀構型鋁基復合材料。這種方法通過球磨球狀鋁粉獲得納米和亞微米厚度的片狀鋁粉，然后與納米增強體復合，再通過后續的粉末致密化和變形加工過程，得到塊體的納米增強體-鋁層狀復合材料。這種方法能實現納米Al2O3、CNTs、GR增強鋁和鋁合金等納米、亞微米層狀復合材料的塊體制備，且有望實現大塊材料的宏量制備，具有廣闊的發展前景。

3.3網絡構型

對于要求各向同性的復合材料而言，其某項性能在增強體呈空間網絡連續分布時達到理論極值。例如，根據Hashin-Shtrikman模型，增強體呈空間網絡連續分布時，各向同性復合材料彈性模量最大[45]。

早期的鋁基復合材料中的網絡構型一般將Al2O3[42]、SiC[43]等增強體的連續網絡與鋁基體復合，獲得具有增強體和鋁基體的雙連續互穿結構。由于連續的增強體網絡能夠不經過界面傳遞而直接進行承載、熱傳導等行為，使連續網絡構型的鋁基復合材料具有優異的剛度、硬度和導熱等性能。

然而，連續網絡增強的鋁基復合材料中連續的脆性增強體使材料的塑性非常差，材料加工十分困難。因此，增強體空間網絡分布但非連續的鋁基復合材料也逐漸受到人們的關注。

哈爾濱工業大學的Kaveendran等[44]在增強體網絡分布的鈦基復合材料[46]研究的基礎上，通過在球形鋁粉表面的原位反應制得了呈空間網絡分布Al3Zr顆粒、Al2O3納米顆粒增強的鋁基復合材料(圖4)，相比通過球磨均勻分散增強體的復合材料，這種網絡分布構型復合材料的模量提高了4.8%，強度提高了12.5%，而通過網絡構型引導裂紋擴展路徑，提高材料裂紋容量，使材料塑性的提高了76.9%，展現出了增強體非連續網絡分布構型在鋁基復合材料中的巨大發展潛力。

4鋁基復合材料的先進制造技術

隨著鋁基復合材料的迅速發展，傳統的鑄造、浸滲、塑性成型、切削加工等方法已難以滿足新型鋁基復合材料制備和加工成型方面的要求。新型的粉末冶金技術、大塑性變形、增材制造等手段在鋁基復合材料的制備、加工過程中具有很高的可控制性和獨特的作用，受到先進鋁基復合材料研究者們的廣泛重視。

圖4　網絡構型Al3Zr顆粒、Al2O3納米顆粒增強鋁基復合材料的示意圖(a)和SEM圖像(b)[44]Fig.4　Schematic illustration (a) and SEM image (b) of network architected Al3Zr particles, Al2O3 nano particles reinforced Al matrix composite [44]

4.1新型粉末冶金技術

粉末冶金方法可在鋁基體熔點以下的溫度控制復合界面，從而避免微小增強體在熔體中的自然團聚以及由于增強體與熔體間的密度差異造成的增強體漂浮或沉降，組織均勻，同時使鋁基復合材料具有比液相方法晶粒更細小的基體組織，因而在新型鋁基復合材料中得到了十分重要的應用。粉末作為粉末冶金技術中的基本單元，對其的控制是各種新型粉末冶金技術的關鍵。

一些技術利用粉末的高比表面積和外部輸入的能量所帶來的反應活性，通過原位反應來引入彌散的納米增強體，如使用霧化液滴與反應劑反應的反應噴射沉積[47]、通過高能球磨促使粉末和反應劑反應的機械化學反應[23]等。

還有一些粉末冶金技術通過球磨過程的高變形量起到分散增強體、控制粉末形貌、細化粉末晶粒的作用，如通過長時間高能球磨分散增強體的機械合金化[23]、低溫球磨[48]等。

總體來說，大部分新型粉末冶金技術是基于實現新的鋁基復合材料組分設計或結構設計而被開發出來的。例如，3.2中所述的片狀粉末冶金[9, 17, 40]是一種典型的通過低能球磨對粉末形狀進行精細控制、進而實現復合材料結構制備的方法。通過將球型粉末球磨得到的片狀鋁粉，既具有非常高的比表面積和平整的表面，為表面原位反應[14-16, 40]和表面分散[9, 11, 12]引入增強體提供充分的空間，又能夠在粉末中形成片狀的NG或UFG，并保留到塊體材料中。根據在粉末固結過程中破壞或不破壞片型，還能分別形成納米增強體彌散結構和層狀構型。

4.2大塑性變形

在各種大塑性變形工藝中，材料的應變量很高，并常常伴隨著強烈的壓、彎、剪、扭變形，使得大塑性變形不僅能起到細化晶粒的作用，還能減少鋁基復合材料中的缺陷，提高其致密度，同時提高增強體在基體中分布的均勻性。在鋁基復合材料中，主要應用的大塑性變形方法可分為高能球磨[23]、低溫球磨[48]、片狀粉末冶金[9, 17, 40]等粉末大塑性變形方法和等通道轉角擠壓[49]、高壓扭轉[50]、累積疊軋[38]、攪拌摩擦[51]等塊體大塑性變形方法。

粉末大塑性變形法都屬于3.1中所述的新型粉末冶金技術，大多是通過對球磨過程的控制，通常是復合材料制備的第一步。由于粉末SPD方法在微觀上對粉末進行加工，在晶粒細化、增強體分散等方面相比塊體具有一定優勢，但由于還必須有后續的粉末固結、致密化過程，需要解決晶粒長大、材料缺陷等較多的問題。

塊體大塑性變形方法直接對塊體進行大塑性變形加工，一般是復合材料制備的最后一步。使用塊體SPD方法可以直接獲得NG、UFG的鋁基復合材料，促進增強體分散。例如，中國科學院沈陽材料科學國家實驗室的Liu等[51]對機械混合后熱壓制得的CNT/Al復合材料進行多道次的攪拌摩擦加工，顯著減少了材料中的孔隙等缺陷，均勻分散CNTs并將晶粒細化到超細晶尺寸，有效提高了材料的力學性能。

4.3增材制造

由于增強體硬度高、變形能力差，易導致基體在制備和變形加工過程中開裂，加工成型問題一直是鋁基復合材料的難題。近年來，通過計算機控制，采用材料逐漸累加的方式直接制造材料的增材制造技術發展迅速。在鋁基復合材料中，增材制造技術能夠直接、精確、快速地控制構件成型，不僅避免了鋁基復合材料塑性加工、切削加工困難的問題，還能節省物料、獲得常規制造加工手段無法獲得的精密結構，甚至能夠制備傳統方法難以復合在一起的材料體系。

澳大利亞昆士蘭大學的Sercombe等[52]使用選擇性激光燒結的方法，將6061鋁合金粉末直接燒結成具有復雜形狀的疏松坯體，通過其與氮氣的反應，在坯體中的孔隙表面形成AlN剛性骨架，然后再向坯體中浸滲鋁合金，獲得致密的復合材料構件(圖5)。相比模鑄、機械加工、粉末冶金等方法，這種方法成型快,可以制造結構更復雜的構件。

圖5　選擇性激光燒結技術制備的鋁基復合材料構件[52]Fig.5　Aluminum matrix composites components produced by selected laser sintering[52]

英國拉夫堡大學的Kong等[53]通過超聲固結的方法，通過鋁合金箔和增強體纖維的逐層超聲焊接，避免了復合材料的整體熱加工、變形加工過程，成功制得了對溫度非常敏感的形狀記憶合金纖維、強度低且脆的光纖等無法用傳統手段與鋁復合的3003鋁合金復合材料。

5結語

隨著人們對鋁基復合材料性能要求的不斷提高，先進鋁基復合材料的研究得到了迅速的發展。在鋁基復合材料中，CNTs、GR、BNNTs等高性能納米增強體的應用引起了人們廣泛關注，而增強體和基體晶粒尺寸的納米化帶來的尺寸效應也為鋁基復合材料綜合性能提高提供了新的途徑；通過鋁基復合材料中間尺度上的構型設計優化材料性能，正越來越受到研究者的重視；為了實現新型鋁基復合材料的制備和加工，人們正不斷開發先進的新型制造技術。這些研究探索體現出當前鋁基復合材料的幾個重要發展趨勢：

(1)應用更高性能的增強體以獲得更好的增強效率和增強效果；

(2)重視復合材料中的尺寸效應和結構效應，通過對鋁基復合材料增強體、基體的尺寸和構型的控制，達到全面提高鋁基復合材料綜合性能的目標；

(3)根據不同的復合體系和復合構型設計先進的制備技術，實現新型復合材料的制備和加工的精密控制。

總之，近年來在先進鋁基復合材料的復合思想、復合原理和技術方面產生了很多新的研究進展。隨著研究進一步的發展，具有更優異綜合性能的鋁基復合材料將廣泛應用于現代社會的各個領域。

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(編輯蓋少飛)

Progress of Advanced Aluminum Matrix Composites Research

ZENG Xinghua, XU Run, TAN Zhanqiu, FAN Genlian, LI Zhiqiang, ZHANG Di

(State Key Laboratory of Metal Matrix Composite, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China)

Abstract：This paper reviewed several recent progresses of advanced aluminum matrix composites in the nano reinforcement, nanocrystallization of matrix, architecture design and advanced manufacturing technologies. High-performance nano reinforcements could provide high enhancement efficiency, while the nanocrystallization of the matrices could introduce a serial of nano size effects; the architecture designs (e.g. bimodal or multimodal distributions, laminated or network architectures) provided new routes for property optimization of the aluminum matrix composites; and the advanced manufacturing technologies (e.g. advanced powder metallurgy, severe plastic deformation and additive manufacturing) provided techniques for the preparation and processing of advanced aluminum matrix composites. It can be expected that the application of nano reinforcements with better properties, structural effects at different scales and new manufacturing technologies would be the hotspots in the future research.

Key words：aluminum matrix composites; nanoreinforcement and nanocrystallization; composite architecture; advanced manufacturing technologies

中圖分類號：TG 45.4

文獻標識碼：A

文章編號：1674-3962(2015)06-0417-08

DOI:10.7502/j.issn.1674-3962.2015.06.01

通訊作者：李志強，男，1973年生，教授，博士生導師,Email:lizhq@sjtu.edu.cn

基金項目：國家自然科學基金資助項目(51131004,51071100,51001071,51401123); 科技部973計劃項目(2012CB619600);國家863計劃項目(2012AA030311)

收稿日期：2014-12-01