本文采用低能球磨与热压烧结技术，通过原位反应自生成功制备出了Al2O3与Al3Zr混杂增强2024Al铝基复合材料((Al3Zr+Al2O3)/2024Al)。在热压烧结过程中，Al与ZrO2之间发生原位自生反应形成Al3Zr与Al2O3混杂增强相。其中，Al3Zr增强相具有优异的性能，如低密度、高熔点、高热稳定性、抗氧化等，因此作为高温结构材料具有较大的应用潜力。然而，其低温脆性严重限制了其应用范围。为了克服其低温脆性的缺陷，Al3Zr作为增强相分散在塑性的2024Al基体中。为了提高非连续增强铝基复合材料的性能，本文研究了增强相呈网状分布的(Al3Zr+Al2O3)/2024Al复合材料。Al3Zr与Al2O3增强相呈网状分布在2024Al基体颗粒周围，较传统的增强相均匀分布复合材料具有更优异的综合性能。本文制备了不同增强相含量(0、3、5、10vol.%)的网状结构复合材料，并研究了后续热挤压与热处理对网状结构(Al3Zr+Al2O3)/2024Al复合材料组织与性能的影响规律。对烧结态、挤压态、热处理态复合材料的硬度、压缩性能、室温与高温拉伸性能等力学性能进行了测试与表征。并将未增强的2024Al合金、增强相均匀分布的(Al3Zr+Al2O3)/2024Al复合材料与增强相网状分布的(Al3Zr+Al2O3)/2024Al)复合材料的力学性能进行了对比。通过断口分析，初步揭示了网状结构铝基复合材料的强化机理。采用热分析（DTA）研究了2024Al与ZrO2之间的原位反应。Al与ZrO2之间的反应从730℃开始，直至反应结束。采用低能球磨技术，即球磨转速为150rpm，球磨时间2h，不仅可以使得细小ZrO2粉末镶嵌到球形2024Al颗粒表面，而且可以保证球形铝粉不变形。进一步研究结果显示，烧结参数(温度、时间、压力)对网状结构复合材料组织具有较大的影响。在不同的烧结参数下，可以原位自生形成纳米Al2O3颗粒，以及具有不同形貌与不同尺寸的Al3Zr增强相。研究发现，Al3Zr具有不同的形貌，如颗粒状、棒状。制备(Al3Zr+Al2O3)/2024Al)复合材料优化的最佳烧结参数是，烧结温度为840℃，烧结时间为1h，烧结压力为25MPa。组织分析显示，Al3Zr与Al基体界面洁净，且无任何界面反应杂质。Al3Zr晶体以小面的方式生长，起初它的尺寸小时有八角形形貌。Al3Zr的最终尺寸取决于生长过程中小面的迁移能力。当系统的能量-温度和保温时间-增加时，Al3Zr的迁移能力增加，导致颗粒的长径比增加。铝合金中合金元素的存在，实质上改变了液体金属的表面张力，因而也改变了固-液界面的界面能，使得Al3Zr生长速率发生大变化。采用一个数学模型计算了Al3Zr相的生长速率。压力在改变复合材料微观组织方面起了很大作用。在冷却过程中没有压力，Al和ZrO2反应结束，复合材料由均匀分布的Al3Zr片和网状分布的Al2O3组成。然而，当冷却过程中施加压力的时候，微观组织是由颗粒贫化区和网状分布的颗粒富集区组成。Al2O3的纳米颗粒是由TEM认证的。采用高能球磨制备增强相均匀分布(Al3Zr+Al2O3)/2024Al)复合材料。高能球磨将原材料破碎成小尺寸的Al粉和ZrO2粉的复合粉末，使得ZrO2粉均匀分布于Al粉中。当球磨工艺参数为300转/分，球料比为5:1，球磨8小时，获得盘片状原材料复合粉末。与未增强的2024Al合金相比，网状结构10vol.%(Al3Zr+Al2O3)/2024Al)复合材料屈服强度与抗拉强度均得到显著提高，屈服强度提高了66.7%，抗拉强度提高了18.6%。值得指出的是，复合材料的弹性模量达到86.4GPa，显著高于2024Al合金的弹性模量74.2GPa。拉伸性能测试结果显示，烧结态网状结构(Al3Zr+Al2O3)/2024Al复合材料与增强相均匀分布的复合材料相比，不仅具有更高的强度而且具有更高的塑性。与增强相均匀复合材料相比，网状结构复合材料屈服强度提高了4.1%，抗拉强度提高了12.5%，更重要的是，延伸率提高了76.9%。另外，网状结构(Al3Zr+Al2O3)/2024Al)复合材料的硬度不仅高于2024Al合金的硬度，而且高于增强相均匀分布复合材料的硬度。网状结构高的增强效果应归因于增强相准连续网状分布；而塑性的改善主要归因于大尺寸且相互连通的增强相贫化区。在这种情况下，复合材料结构符合Hashin和Shritkman（H-S）理论的上限,比如刚度较高和强度较大的相包裹着较软的相。根据H-S理论，准连续网状分布颗粒被看作是具有高体积分数的强复合材料相，大尺寸铝基体是软相。网状结构产生一个协同效应–增强相的原位自生增强效应和增强相呈三维骨架结构的增强效应。研究了增强相含量对网状结构复合材料力学性能的影响规律，结果显示，随着增强相含量从3vol.%增加到10vol.%，强度不断增加，但塑性不断下降。热挤压变形与热处理对网状结构(Al3Zr+Al2O3)/2024Al)组织与力学性能具有较大影响。热挤压变形不仅可以较大程度上提高网状结构复合材料挤压方向的强度，而且显著提高其塑性水平。热挤压变形后，Al3Zr增强相与其它大尺寸沉淀析出相被破碎成细小颗粒。网状结构复合材料热挤压变形前后时效结果显示，峰时效复合材料强度得到显著提高。热处理对于提高复合材料的硬度起了重要作用。烧结态复合材料峰时效硬度与烧结态相比大幅提高。体积分数为10%复合材料峰时效硬度与烧结态相比提高了31.5%。热挤压沿着挤压方向也大幅提高复合材料的硬度。体积分数为10%挤压态复合材料峰时效硬度达86HRB。这主要归因于时效过程中在2024Al合金基体中析出的过渡沉淀相。经过热挤压变形与峰时效后，网状结构10vol.%(Al3Zr+Al2O3)/2024Al)复合材料抗拉强度达到510MPa，且延伸率保持在5.7%，这显著高于烧结态复合材料的强度与塑性。有效的强化效果源于多种因素，包括基体晶粒的细化、网状结构界面处局部增强相含量的降低、Al3Zr增强相破碎成细小颗粒、致密度的提高与基体的时效析出强化。不同体积分数复合材料时效曲线的形状表现出类似的趋势，例如，Al3Zr和Al2O3不影响时效顺序，但是影响获得硬度值。当复合材料的体积分数增加时，峰时效时间降低。挤压态复合材料峰时效时间略低于烧结态复合材料，这是由于挤压态复合材料具有更高的位错谜底，使得沉淀析出更快。高温拉伸性能测试结果显示，温度不超过400℃，混杂增强相的网状分布都表现出有效的增强效果。断裂分析显示，温度不超过400℃，拉伸断口仍然呈现较多的Al3Zr断裂现象，这充分说明了Al3Zr增强相发挥着承担载荷的作用，这也可以间接证明Al3Zr相较高的热稳定性。然而，在400℃以上发现了Al3Zr与基体之间的界面脱粘。网状结构复合材料室温与高温拉伸断口分析显示，裂纹总是倾向于沿网状界面扩展，这就促使了网状界面区域可以充分发挥其强化复合材料的作用，而大尺寸2024Al基体则发挥改善复合材料塑性的作用。复合材料的延展性主要归因于基体在高温时的良好塑性。高温时复合材料的裂纹生长行为主要取决于复合材料的微观组织；大部分裂纹沿着网状边界和基体与原位自生颗粒的界面生长。经过热挤压，复合材料的高温性能大幅提高。主要归因于基体晶粒细化、增强相尺寸减小和增强相沿挤压方向呈拉长网状分布。并且，高温强度主要在于Al3Zr颗粒与基体强的界面结合。观察表明随着测试温度升高，接近断口处变形很大表明发生了颈缩现象。采用微观力学模型对制备的网状结构(Al3Zr+Al2O3)/2024Al复合材料进行有限元模拟分析。与宏观方法相比，细观力学方法主要用于分析复合材料，分别考虑颗粒和基体的性能，应用加载和单一颗粒基体的边界条件。复合材料总的性能通过将平均应力和应变联系起来研究。利用这种方法，细观力学方法可以提供更多的颗粒和基体之间的联系，从而创建一个更加精准的复合材料行为模型。细观力学方法源于有效的材料性能，也就是说许多复合材料是由各向异性的几层组合而成的。细观力学方法应用于复合材料主要是因为单个相性能可知，有效的材料性能是分析的结果。用一个单元胞模型来描述复合材料的微观组织，这个单元胞被镶嵌在均匀基体中。结果显示，采用自洽模型模拟烧结态复合材料网状组织结构时，获得的弹性模量模拟结果与试验测试结果非常接近。