铝基复合材料由于其优异的综合力学性能在航空航天、轨道交通、汽车等众多领域具有广泛的应用。在铝基复合材料的铸造凝固或半固态加工过程中,由于热收缩应力等因素导致的材料缺陷,如孔隙、热裂等现象困扰着工业化生产与科学研究。研究铝基复合材料半固态变形过程的组织演化规律,可以帮助深入理解其半固态变形机制,从而为优化成分和工艺,提高产品性能具有重要意义。本文首先结合机械搅拌和超声振动制备了Al-10wt.%Cu基体合金和不同含量纳米/微米Al₂O₃陶瓷颗粒增强Al-10wt.%Cu复合材料,利用快速原位同步辐射计算机断层扫描技术对其半固态压缩变形过程的组织演变过程开展定量化研究。结合组织演变的定性与定量化分析,本文通过深入分析其半固态下三相结构（α-Al枝晶、富铜枝晶间液相和孔洞）的变形行为,探究三种材料的半固态变形组织演化机制。结果表明,在Al-10wt.%Cu合金中添加Al₂O₃颗粒可以细化晶粒,纳米颗粒的晶粒细化效果比添加微米颗粒更为明显,枝晶间液相分布也更加均匀。颗粒添加可以提升铸态组织的力学性能,添加相同含量的颗粒情况下,纳米颗粒对常温下抗拉强度的提升比微米颗粒更高。此外,纳米颗粒的添加还会提升材料常温下的断裂韧性,而微米颗粒的添加则会降低其断裂韧性。通过同步辐射原位成像实验结果分析发现,纳米Al₂O₃颗粒增强Al-10wt.%Cu复合材料在不同半固态压缩应变速率下的孔洞演变过程主要分为三个阶段:孔洞闭合期、孔洞潜伏期和孔洞快速生长期。这与Al-10wt.%Cu基体合金的孔洞在半固态压缩过程中的变化规律基本一致。变形时,单个孔洞的形态经历了由不规则形状转化为类球形的过程。而微米Al₂O₃颗粒增强Al-10wt.%Cu复合材料的孔洞分数则呈现随应变增加持续增长的趋势。随着孔洞的生长变化,在上述三种材料半固态压缩过程中会发生样品的膨胀,即样品的横截面会随应变量增加逐渐膨胀,在孔洞大量聚集位置局部膨胀更加明显。同时,枝晶间的部分液相随应变量增加也会逐渐膨胀。研究结果表明纳米/微米颗粒增强Al-10wt.%Cu复合材料的局部变形机制与基体合金相似,包括枝晶晶粒的运动,液相通道的膨胀及孔洞的形核与长大。但是,添加不同尺寸的颗粒对于晶粒的形貌、共晶相的分布以及颗粒的存在形式产生影响,并改变材料的热裂敏感性。通过对比,本文认为由于纳米颗粒增强Al-10wt.%Cu复合材料具备较细的液相通道、改善的液相通道分布、细化的枝晶晶粒、较低的枝晶间液相粘度和较少的初始孔洞,从而具有最好的抗热裂性能。本文借助同步辐射原位成像技术开展铝基复合材料受载下的四维（三维+时间）研究,可为探究复合材料的半固态变形行为提供参考。