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随着核电技术的快速发展,对乏燃料贮存结构材料提出更加苛刻的要求。我国在《“十三五”核工业发展规划》中预计,我国2030年核电装机规模将达到1.2亿至1.5亿千瓦,核电乏燃料站内储存2030年面临上限。因此,如何进一步提高乏燃料高密集贮存是我国乏燃料贮存结构材料面临的重大考验。为了解决乏燃料贮存结构材料中子屏蔽性能与力学性能相互制约的问题,本文系统地对复合材料体系中B4C和Gd的含量进行设计,并采用含氧气氛热压烧结和热挤压工艺成功制备出满足设计要求的（15%B4C+1%Gd）/Al复合材料。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、热中子屏蔽测试、Am-Be中子源屏蔽测试、拉伸性能测试和残余应力有限元模拟分析等手段,系统地研究了含Gd相的种类、缺陷形式以及在热变形过程中显微组织演化对力学性能与中子屏蔽性能的影响规律,并对其强化机理进行研究。本文发现了中子屏蔽材料中等效硼面密度（EBAD）存在阈值,并建立了材料密度、厚度和等效硼含量的关系式,以热中子屏蔽系数为99%为设计标准,确定了EBAD的阈值为0.1105g/cm2。基于复合材料的强韧化设计,确定B4C的体积分数为15%,通过在复合材料体系中引入Gd2O3和Al2O3在复合材料中原位生成具有较高力学性能的Al-Gd-O相,并且确定Gd的体积分数为1%。系统地研究了（15%B4C+1%Gd）/Al复合材料的制备工艺。优化混粉工艺为300r/min-1h。发现混粉过程中金属Gd颗粒能够氧化为Gd2O3,为形成Al-Gd-O相提供必要条件。确定（15%B4C+1%Gd）/pureAl热压烧结工艺为660℃-2.5h,（15%B4C+1%Gd）/6061Al热压烧结工艺为640℃-2.5h。热挤压工艺可以改善含Gd相与Al基体的界面结合强度、含Gd相的分布均匀性、细化Al基体晶粒尺寸,经热挤压后,复合材料致密度大于99.5%。制备出的（15%B4C+1%Gd）/Al复合材料的抗拉强度为409MPa,弹性模量为105GPa,延伸率由3.8%提高至5.6%。研究了热轧过程中（B4C+Gd）/Al复合材料的显微组织与力学性能。随着热轧变形量的增加,复合材料中B4C尺寸逐渐减小,Al基体的晶粒尺寸由未变形的1.3μm减小至0.7μm。复合材料中原位生成的含Gd相主要为Al5Gd3O12,其内部主要的缺陷为堆垛层错。随着热轧变形量的增加,含Gd相的尺寸减小,当变形量达到79.3%时,含Gd相的尺寸减小至0.5μm。热力学计算结果表明,Al5Gd3O12相是复合材料体系中最容易生成的含Gd相。在热轧变形量较小时,复合材料的屈服强度和抗拉强度较热轧前变化不大,热轧变形量达到79.3%时,由于含Gd相的团聚基本消失,复合材料的强度有所提高。（15%B4C+1%Gd）/Al复合材料的屈服强度始终比15%B4C/Al复合材料高3040MPa,这与含Gd相细小弥散,可阻碍位错运动有关。（15%B4C+1%Gd）/Al复合材料的热中子吸收截面测试结果为20cm-1,远高于15%B4C/Al复合材料,与30%B4C/Al复合材料相当,（15%B4C+1%Gd）/Al复合材料的Am-Be中子源线性衰减系数为0.110cm-1,高于15%B4C/Al复合材料。热轧后,复合材料的致密度提高、含Gd相尺寸减小,分布更加均匀,使（15%B4C+1%Gd）/Al复合材料的中子屏蔽性能提高,其热中子吸收截面提高至25.1cm-1,Am-Be中子源线性衰减系数提高至0.121cm-1。将表示复合材料中B4C和含Gd相总体分布均匀性的函数A（x1,x2）引入EBAD的公式中,建立修正后的热中子屏蔽系数计算公式为:α=1-exp（-42.3×A（x1,x2）×EBAD）。