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。但受高温界面退化、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的应用。

为提升高温服役能力，具有优异冶金结合界面的原位铝基复合材料成为研究焦点。这类材料虽热稳定性优异，却难以兼顾高强度与高模量，根源在于传统反应体系存在固有局限：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、强化相粗大团聚的问题，阻碍强度提升；纳米级前驱体虽能凭借高比表面积生成纳米级强化相，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。

近日，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心铝镁材料研究部研究团队，提出缺陷促进的Ti₂AlC（MAX相）“内分解”机制。该策略可突破表面扩散主导的反应动力学瓶颈，解决强化相尺寸与体积分数难以协同的核心矛盾，成功研发出兼具优异高温强度与模量的多级结构Al₃Ti/Al复合材料。

该复合材料的微观组织包括：均匀分散于超细晶Al基体中的高含量亚微米Al₃Ti颗粒（0.42 μm，38.6 vol.%）和均匀分散于Al₃Ti颗粒内的纳米碳化物。这种多级结构实现了材料在高温下的高强度与高模量，350°C复合材料的抗拉强度达246 MPa，杨氏模量达106 GPa，其比模量比TC4钛合金、QZr0.2铜合金、45钢、GH93镍基合金分别高出88%、190%、55%和42%。

相关工作与中南大学宋淼教授团队合作，以“Hierarchical reinforcement strategy enables aluminum matrix composites with uncompromised high-temperature mechanical properties”为题发表在Nature Communications期刊。金属所2024级博士生胡红洁和中南大学时誉航为论文共同第一作者，金属所肖伯律、昝宇宁和中南大学宋淼为通讯作者。

该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、辽宁省自然科学基金等项目的资助。

全文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-73160-7

图1 复合材料的制备工艺及微观组织

图2 缺陷态Ti2AlC颗粒中的元素扩散路径

图3 复合Al₃Ti颗粒的微观组织

图4 复合材料的高温机械性能

图5 拉伸变形后复合材料的微观组织