中国科学院金属研究所于5月22日公布了一项重要科研进展，该所沈阳材料科学国家研究中心铝镁材料研究部在高性能铝基复合材料的研发上实现了新的突破。
航空航天领域的核心结构材料，因其高比强度和高比模量而广泛应用铝基复合材料。然而，由于高温下的界面退化和基体软化问题，这些材料的服役温度长期受限于300℃以下，制约了其在更高温度环境下的应用潜力。
为克服这一挑战，学术界将研究重点转向具有优异冶金结合性能的原位铝基复合材料。但传统的反应体系存在固有矛盾：微米级前驱体比表面积小、反应位点有限、元素扩散距离长，容易导致反应不充分和强化相粗大团聚，从而影响材料强度。而纳米级前驱体虽然能形成纳米强化相，却易于团聚，加工难度大，且强化相体积分数较低，难以有效提升材料的模量。
针对上述瓶颈，中国科学院金属所的研究团队提出了一种基于缺陷促进的Ti₂AlC“内分解”机制。他们通过高能球磨技术在Ti₂AlC中引入缺陷结构，从而在其内部形成了双路径元素扩散通道。这一创新策略使得MAX相能在铝基体中发生内部自分解反应，而非传统的表面反应，有效突破了表面扩散为主导的反应动力学限制。
这项技术成功解决了强化相尺寸与体积分数难以协同的难题，最终制备出具有多级结构的复合材料。该材料的微观结构独特：超细晶铝基体中均匀分散着高含量的亚微米级Al₃Ti颗粒（平均粒径0.42微米，体积分数高达38.6%），同时Al₃Ti颗粒内部还均匀分布着纳米碳化物。
实验数据显示，这种新型复合材料在350℃高温下展现出246兆帕的抗拉强度和106吉帕的杨氏模量。与TC4钛合金、QZr0.2铜合金、45钢及GH93镍基合金相比，其比模量分别高出88%、190%、55%和42%。此外，在室温条件下，该材料的抗拉强度达到632兆帕，杨氏模量为124吉帕。
这项研究工作是中国科学院金属研究所与中南大学宋淼教授团队合作的成果。相关研究论文以“Hierarchical reinforcement strategy enables aluminum matrix composites with uncompromised high-temperature mechanical properties”为题，已在《自然 · 通讯》期刊上发表。