碳化硼（Boron carbide，B4C）不仅具有高强度、高模量和低密度等轻量化优势，而且具有超高的硬度和优良的中子吸收性能；因此，B4C与Al（Aluminum，Al）复合获得的B4C/Al轻质多功能复合材料，在航空航天、交通运输以及核能等领域具有广阔的应用前景。　　然而，同其它颗粒增强金属基复合材料（Particulate-reinforced metal matrix composites，PMMCs）一样，随着增强体的引入和含量的提高，B4C/Al复合材料的塑韧性大幅度降低，对其成形加工和服役安全不利。PMMCs塑韧性低的一个重要原因是：高温制备的复合材料在冷却过程中，由于增强体和基体的热膨胀系数失配和模量失配，使增强体周围基体发生大范围塑性变形而产生加工硬化，进而使基体的塑性变形能力降低。同时这种基体的硬化也是 PMMCs得以强化的最重要原因。为克服这种“强韧性矛盾”，传统的韧化方法通过“增强体空间分布调控”，在PMMCs中产生大的未强化的基体塑性区域，通过塑性区的变形来钝化和偏转裂纹达到提高韧性的目的。然而该方法不仅工艺复杂、而且会引起增强体的局域集中，往往以牺牲强度和塑性为代价。　　本文利用具有超细晶/纳米晶（Ultrafine-grained/Nanocrystalline，UFG/NC）基体的PMMCs中增强体对UFG/NC基体加工硬化区域小，和引入纳米弥散相可使UFG/NC强塑性同时提高的现象，采用粉末冶金工艺，以表面具有纳米 Al2O3薄膜的微纳米片状 Al(Al2O3)粉末和微米 B4C粉末为原料，制备高强韧的分级B4C/UFG Al(Al2O3)复合材料。其中“纳米Al2O3弥散UFG Al”为第一级，并与B4C增强体构成两级复合材料。然后对其制备工艺、结构演变、力学特性进行研究，并探索其强韧化机制和热加工性能。主要内容和结果如下：　　1.通过“湿法球磨”制备微纳米片状 Al粉，研究球磨时间对粉末厚度、形貌和结构的影响。通过气氛热处理在片状Al粉末表面生成纳米Al2O3薄膜，并研究烧结温度对其结构的影响。结果表明：球磨使Al粉迅速片状化，其中[200]晶向择优与粉末片状化水平一致，气氛热处理可在片状Al粉表面获得一层厚度约10nm的致密γ-Al2O3薄膜，从而为分级B4C/UFG Al(Al2O3)复合材料的制备奠定基础。　　2.以片厚约为500nm的片状Al(Al2O3)粉末和中粒径为7μm的B4C粉末为原料，采用冷压、烧结、热挤压的粉末冶金工艺，制备分级B4C/Al(Al2O3)复合材料。结果表明：片状Al(Al2O3)粉末小的片厚和低的松装密度，促使增强体分布更加均匀。同时，表面 Al2O3薄膜，不但可抑制烧结和热变形过程中基体晶粒的剧烈长大、获得超细晶基体，而且在热挤压过程中破碎、弥散于超细晶基体中。从而获得B4C增强体均匀分布的分级B4C/UFG Al(Al2O3)复合材料。　　3.与粗晶和超细晶基体B4C/Al复合材料进行对比，分析B4C/UFG Al(Al2O3)分级复合材料的力学特性。研究不同B4C尺寸、含量和片状Al(Al2O3)厚度的分级复合材料力学性能，并与传统结构材料和商业化B4C/Al复合材料进行对比。结果表明：分级B4C/UFG Al(Al2O3)复合材料，与粗晶B4C/Al复合材料相比，强度大幅度提高；与超细晶B4C/Al复合材料相比，应变硬化率大大提高，从而使强塑性获得同时提高。与钢、钛以及粗晶PMMCs等传统结构材料相比，分级B4C/UFG Al(Al2O3)复合材料具有更高的比强度和比模量，其中32vol.％B4C/UFG Al(4vol.%Al2O3)复合材料的比强度和比模量分别是钢的120%和187%。与国际商用B4C/Al复合材料相比，分级复合材料的强塑性匹配良好，尤其中高含量增强体的分级复合材料强塑性优势显著。　　4.通过原位力学测试、应变硬化率分析和织构表征，探索分级 B4C/UFG Al(Al2O3)复合材料的强韧化机制。结果表明：增强体对超细晶基体的加工硬化区远小于粗晶基体；在超细晶基体中引入纳米Al2O3，可显著提高变形过程中位错的增殖和交互作用，提高复合材料的应变硬化率，达到同时提高强塑性的效果；超细晶基体中，纳米 Al2O3相有序分布的分级复合材料，由于其晶粒取向差小，有利于变形过程中多晶粒的协同变形、降低基体内的应力集中，从而提高了复合材料的塑韧性。　　5.采用Gleeble-3500热模拟实验机，研究不同增强体含量和尺寸的分级B4C/UFG Al(Al2O3)复合材料的热加工性能。基于绘制的热加工图和压缩样品显微组织，分析复合材料的安全加工区域和损伤机制。结果表明：安全加工区域包含以动态回复为主导变形机制的低温区（320-380℃，0.01-0.018s-1）和以动态再结晶为主导变形机制的高温区（400-450℃，0.006-0.018s-1），同时低温区流变应力高，易于出现增强体的断裂和界面脱粘。因此，对于不同增强体含量和尺寸的分级复合材料，应采用高温区加工，从而获得良好的组织性能。　　综上所述，本文基于微纳米片状Al(Al2O3)粉，采用粉末冶金工艺制备了高强韧分级B4C/UFG Al(Al2O3)复合材料，系统地研究了其工艺原理和力学特性，并探索其强韧化机制，为高强韧PMMCs的设计和制备提供了实用化途径和理论借鉴。所制备的分级B4C/UFG Al(Al2O3)复合材料，与钢、钛以及传统PMMCs等结构材料相比，强塑性优势明显，作为性能优异的轻质结构材料和中子吸收材料，在航空航天、交通运输、军工和核技术等领域具有广阔的应用前景。