IT之家 5 月 26 日消息，中国科学院金属研究所 5 月 22 日宣布，该所沈阳材料科学国家研究中心铝镁材料研究部近期在高性能铝基复合材料研发方面取得新进展。

研究团队提出缺陷促进的 Ti AlC（MAX 相）“内分解”机制，成功制备出兼具优异高温强度与高模量的多级结构 Al Ti / Al 复合材料。

▲ 复合材料的制备工艺及微观组织

铝基复合材料凭借高比强度、高比模量的优势，已成为航空航天领域的核心结构材料。然而，受高温界面退化与基体软化问题制约，其服役温度长期局限于 300℃ 以下，严重限制了在高温场景中的应用。

为解决这一问题，学界将焦点投向具有优异冶金结合界面的原位铝基复合材料。但此类材料在传统反应体系下面临固有矛盾：微米级前驱体比表面积小，反应位点少、元素扩散距离受限，易出现反应不充分和强化相粗大团聚，阻碍强度提升；而纳米级前驱体虽能生成纳米级强化相，却易团聚、加工难度大，且强化相体积分数偏低，难以提升材料模量。

▲ 缺陷态 Ti2AlC 颗粒中的元素扩散路径

针对上述瓶颈，中国科学院金属所研究团队提出缺陷促进的 Ti AlC“内分解”机制，突破了表面扩散主导的反应动力学局限。通过高能球磨控制在 Ti AlC 中形成缺陷结构，使其内部产生双路径元素扩散通道，从而使 MAX 相在铝基体中发生内部分解反应，而非传统的表面反应。

这一策略有效解决了强化相尺寸与体积分数难以协同的核心矛盾，成功制备出具有多级结构的复合材料。

该材料的微观组织特征为：均匀分散于超细晶铝基体中的高含量亚微米 Al Ti 颗粒（平均粒径 0.42 微米，体积分数达 38.6%），以及均匀分散于 Al Ti 颗粒内部的纳米碳化物。

实验数据表明，在 350℃ 高温下，复合材料的抗拉强度达到 246 兆帕，杨氏模量为 106 吉帕。其比模量（IT之家注：单位密度下的弹性模量）相比 TC4 钛合金、QZr0.2 铜合金、45 钢和 GH93 镍基合金，分别高出 88%、190%、55% 和 42%。此外，该材料在室温下的抗拉强度达到 632 兆帕，杨氏模量为 124 吉帕。

▲ 复合 Al3Ti 颗粒的微观组织

该工作由中国科学院金属研究所与中南大学宋淼教授团队合作完成，相关研究以“Hierarchical reinforcement Strategy（MSTR） enables aluminum matrix composites with uncompromised high-temperature mechanical properties”为题发表于《自然 · 通讯》期刊。