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随着航空航天、军工和交通运输等领域不断追求轻量化、节约能源和减少污染,研发轻质高性能结构材料成为研究热点。颗粒增强铝基复合材料因具有高比强度、高比模量、良好的耐磨性和抗疲劳等优异性能已在这些领域获得广泛应用。然而,强度和塑性难以同时兼顾、高温强度在温度高于473 K时急剧降低等难题限制了其在一些尖端领域的应用。在铝基体中添加纳米颗粒能够在提高强度的同时保持良好的塑性,提高纳米颗粒的体积分数有可能进一步提高复合材料在常温和高温下的强度并维持良好的塑性,但是当纳米颗粒体积分数大于4%时,容易团聚、复合材料难以完全致密化等问题难以解决。本文拟采用机械球磨结合真空热压工艺制备纳米Al2O3颗粒均匀分散、致密的纳米Al2O3颗粒（>4 vol.%）增强纯铝基复合材料,研究复合材料的机械球磨过程、微观组织、常温和高温力学性能以及相应的变形机理。主要研究内容及结果如下:（1）研究了纳米Al2O3颗粒增强铝基复合粉体在机械球磨过程中的形貌、组织演变。结果表明:采用机械球磨工艺能够将纳米Al2O3颗粒均匀分散于铝基体中;纳米Al2O3颗粒能够显著促进机械球磨过程的进行,减小复合粉体的最小粒径,当纳米Al2O3颗粒体积分数大于5%后,复合粉体粒径即达到最小值;纳米Al2O3颗粒能够显著减小铝基体在球磨过程中的晶粒尺寸,在球磨5 h后铝基体晶粒尺寸即趋于稳定;球磨后的铝基体晶粒尺寸随着纳米Al2O3颗粒体积分数的增大而减小。（2）采用过熔点真空热压工艺制备了致密的纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料,表征了显微组织。结果表明:在Al-5%Al2O3复合材料中,铝基体为粗晶,纳米Al2O3颗粒均匀分散于铝基体晶粒内部,Al/Al2O3界面为半共格界面;铝基体中含有大量的层错/微孪晶,位于{111}Al晶面族内呈70o的两个晶面上,其形成机理为:在过熔点烧结过程中,Shockley不全位错在铝晶界或Al/Al2O3界面处发射并滑移形成宽层错;当在相邻两个滑移面上的宽层错滑移到一起时,相互叠加形成双层微孪晶,若继续叠加一个宽层错则可形成三层微孪晶;当纳米Al2O3颗粒体积分数为10,15和20%时,复合材料的微观组织相似,即铝基体为超细晶,Al/Al2O3界面为非共格界面,同时层错/微孪晶密度随着纳米Al2O3颗粒体积分数增大而逐渐降低。（3）在Al-5%Al2O3复合材料基体中发现一种纳米条状铝相（74.1×9.8nm）,该相内含有高密度的宽层错,少数条状铝相具有HCP结构:a=3.22?,c=4.63?,c/a=1.438。其形成机理为:当铝基体中含有高密度的宽层错时,在降低体积自由能和层错总能量的驱动下,宽层错发生聚集——不规则堆叠——规则堆叠,当大量宽层错不规则堆叠时形成含有高密度宽层错的条状铝相,而以···ABC︱AB︱ABC···形式规则堆叠时形成具有HCP结构的条状铝相。（4）研究了Al-5%Al2O3复合材料的常温压缩性能,结果表明:该复合材料具有优异的常温力学性能,如在1500/s应变速率下的强度高达940 MPa,同时具有良好的塑性（失效应变9.8%）;该复合材料在600?1500/s应变速率内表现出弱的正应变速率敏感性,在1500?5100/s应变速率范围内表现出负的应变速率敏感性;该复合材料的强化机制为:载荷传递机制和层错/微孪晶强化。层错/微孪晶强化:在变形过程中,Shockley不全位错在铝晶界或Al/Al2O3界面处发射形成层错,使得层错增殖,层错滑移过程中受到纳米Al2O3颗粒、微孪晶等障碍物的阻碍及层错间发生相互作用;该复合材料的失效方式:在准静态下韧性断裂,在动态下脆性剪切断裂,且当应变速率高于1500/s时出现绝热剪切。（5）研究了纳米Al2O3颗粒体积分数对复合材料常温压缩性能的影响:随着纳米Al2O3颗粒体积分数的增大,复合材料的强度逐渐降低,塑性逐渐提高。这是因为:层错/微孪晶为主要强化机制,在实验范围内,层错/微孪晶密度随着纳米Al2O3颗粒体积分数增大而逐渐降低,强化效果减弱;随着纳米Al2O3颗粒体积分数的增大,复合材料的孔隙率增大,使得其强度降低。（6）Al-5%Al2O3复合材料具有优异的高温力学性能:在473 K(0.58))时,最高强度?UCS为550 MPa,比其它的颗粒增强铝基复合材料及铝合金高出至少一倍,即使在673 K(0.728))时,?UCS依然具有310 MPa,比其它的颗粒增强铝基复合材料及铝合金高出至少两倍。其高的高温强度归因于:铝基体为粗晶、Al/Al2O3界面为半共格低能界面以及微孪晶和条状铝相的存在使得复合材料具有良好的热稳定性;高温变形机制为层错/微孪晶强化和层错湮灭导致的应变软化。功率耗散图表明,在实验范围内通过组织变化消耗的功率较小,仅13%,对应于变形前后微观组织良好的稳定性。热加工图表明,在523?568 K、1×10-4?2.7×10-4/s应变速率范围内变形稳定,其它区域为不稳定区域;该复合材料的失效方式:473 K时,沿与施载方向呈45o方向剪切开裂;673 K时,空洞在基体内形核、长大并合并。