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本文基于液-固多相反应原理,采用碳质体法在Al-Si合金熔体中原位合成了多尺度β-SiCp,并以此制备出SiCp增强铝基复合材料。首先,对Al-Si-C体系的热力学和动力学分析,研究了铝熔体中SiCp合成工艺条件,提出了多尺度SiCp的渐进式合成机制。其次,研究了铝熔体中碳质体对SiCp形貌演变的遗传影响,提出了原位合成SiCp的平行层状生长和定向吸附堆垛机制,并采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算分析了Al掺杂对SiC晶体结构和电子密度分布的影响,揭示了掺杂型SiCp化学键合与硬度的相关性。最后,基于对复合材料力学性能的分析,提出了原位合成多尺度SiCp增强Al-Si基复合材料的协同强化机制以及高温骨架强化机制。具体来讲,本文的主要研究内容有：(1)铝熔体中多尺度SiCp原位合成机制本文系统研究了铝熔体中Si浓度、碳含量、反应温度以及保温时间等因素对Al-Si-C反应体系中β-SiCp合成的影响,研究了原位合成SiCp的临界反应条件。提出了原位合成多尺度SiCp的反应机制：即以Al4C3为中间过渡相的渐进式反应,由于受到Al4C3遗传效应的影响,由此获得的SiCp多为微米或亚微米尺度；另一种直接反应机制,即通过铝熔体中溶解态[Si]与[C]的直接反应,合成纳米尺度SiCp=对于反应体系中Cu等第三组元的影响进行研究,结果表明,Cu的添加使体系的固相线和液相线均降低,导致SiCp的原位合成温度由约750℃降低至700℃左右,也使SiCp尺寸明显减小,并能有效地提高复合材料的力学性能。另外,还研究了以α-SiO2作为Si源的Al-Si-SiO2-C反应体系的合成机理,并制备出原位SiCp和Al203复合增强铝合金复合材料。(2)铝熔体中掺杂型SiCp生长机制与化学结构的研究系统研究了Al-Si-C体系中SiCp形貌的演变规律,即随着保温时间的延长,SiCp由六角薄片状逐渐演变成六棱台状,最终演变成不规则的多面体状。晶体结构分析表明,SiC三个晶面的生长速率依次为：V{110}>V{100}>V{111},其平衡晶体形貌为表面自由能较低的六角薄片状,Si与C原子优先沿<110>和<100>晶向进行堆垛,其生长速率较快,而<111>晶向的生长速率最慢,最终被保留下来。铝熔体中SiCp采用平行层状生长和定向吸附堆垛的机制进行生长。随着SiC中Al含量的降低,SiCp增强铝基复合材料的布氏硬度由88.8HBW增加至109.2HBW,质量磨损率由0.371 mg/min降低至0.272mg/min。采用第一性原理理论计算了不同Al掺杂量时SiCp的化学结构,研究发现,随着SiCp中Al掺杂量的增加,其(011)晶面中原子排布发生变化,导致SiCp中共价键成分降低,碳原子周围的电子云密度减小,掺杂型SiCp的硬度降低,建立了Al掺杂型SiC中化学键合与硬度之间的相关性。研究了碳质体的尺寸与种类对SiCp形貌的遗传效应,结果表明,碳质体尺寸减小,有助于加快体系的反应速率,使其形貌更趋近于多面体形态；碳质体的形貌能够在一定程度上对合成SiCp形貌产生遗传影响。(3)原位合成SiCp对Al-Si系合金复合材料强化行为的研究本文采用特种碳质体制备了多尺度SiCp增强铝合金复合材料,并测试了其洛氏硬度、耐磨性能以及热膨胀性能,提出了多尺度SiCp的协同强化机制。采用热等静压技术对复合材料进行改进,由此制备出组织致密的SiCp/ZL111复合材料,其硬度和高温强度均提高较大。采用合金型碳质体制备了SiCp/Al-Si系合金复合材料,研究了热处理态和热挤压态的高温拉伸性能,结果发现：热处理态SiCp复合材料在350℃的拉伸强度可达132MPa,并对其高温强化机制进行了研究；热挤压处理破坏了复合材料中SiCp与金属间化合物共同构筑的耐热网状骨架结构,大幅降低复合材料的高温拉伸强度。