【摘 要】
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铝基复合材料（aluminum matrix composites,AMC）具有比强度和比模量高、热稳定性良好等特点,被广泛应用于交通运输、精密仪器等尖端领域。其中晶须增强AMC不仅能提高材料的强度和保持较好的塑性,而且拥有良好的加工性能,显示出广阔的应用前景。目前制备晶须增强AMC主要包括外加法和原位法,外加法受晶须结构损伤、界面反应、晶须团聚和界面结合较差等缺点的影响,难以发挥晶须的优异特性,
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铝基复合材料（aluminum matrix composites,AMC）具有比强度和比模量高、热稳定性良好等特点,被广泛应用于交通运输、精密仪器等尖端领域。其中晶须增强AMC不仅能提高材料的强度和保持较好的塑性,而且拥有良好的加工性能,显示出广阔的应用前景。目前制备晶须增强AMC主要包括外加法和原位法,外加法受晶须结构损伤、界面反应、晶须团聚和界面结合较差等缺点的影响,难以发挥晶须的优异特性,并且高含量下呈现室温脆性。而原位法和增强体分布构型可以克服以上问题,实现高性能、低成本晶须增强AMC的高效率制备。本研究以Al、B和Mg粉末为原料,通过冷压-烧结-热挤压和热等静压工艺,在铝基体内原位合成了 MgAlB4晶须。系统研究了原位合成晶须增强AMC的物相组成及演变、工艺参数（烧结时间和烧结温度）、微观组织、增强体的形态与分布、增强体/铝基体界面、以及晶须的生长机制。测试了不同晶须含量复合材料的室温和高温力学性能,并结合断口形貌分析了不同条件下复合材料的断裂机理,最后探讨了晶须增强AMC的室温及高温增强机制。结果表明,两种制备工艺均能在Al基体内合成MgAlB4晶须。原位反应的起始温度为450℃,随温度的升高,晶须有明显的粗化趋势,烧结时间控制原位反应进程。当烧结温度为650℃时,MgAlB4晶须的直径为60～120 nm,长度为1.75～2.25μm,长径比约为23。热挤压后的复合材料表现出明显的＜11 1＞Al织构,MgAlB4晶须沿挤压方向分布。原位合成的MgAlB4晶须与铝基体界面结合良好,界面干净、光滑、没有界面产物,其晶格失配仅为1.05%,属于共格界面。MgAlB4晶须的引入能显著提升AMC的室温及高温力学性能。室温下,15 wt.%MgAlB4晶须增强AMC的抗拉强度为382MPa,比纯铝提高了 137.5%,延伸率为9.6%,实现了强度和塑性的良好结合。在300℃时,20wt.%MgAlB4w/Al复合材料的抗拉强度为158 MPa,热膨胀率为（23.7±0.1）×10-6 K-1,相较于铝基体（80MPa）,强度提升97.5%,CTE降低16%。复合材料的断裂机制由室温下的MgAlB4晶须断裂到高温下的晶须/基体界面脱粘。其室温增强机制主要为,载荷传递,位错强化（热失配和Orowan强化）,细晶强化。高温强化机制为晶内晶须延缓位错湮灭和晶界晶须阻碍晶界滑移。
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