本书为“材料先进成型与加工技术丛书”之一，旨在打造涵盖科学研究、技术创新与工程应用的金属基复合材料综合性专著，为读者系统呈现金属基复合材料领域的专业知识体系与前沿研究动态，探讨金属基复合材料的学科发展趋势与关键技术途径。全书内容架构分为三大模块：第一部分系统阐述金属基复合材料的基础理论，包括学科发展概述、基本设计准则、制备加工方法、破坏失效机制以及界面行为表征；第二部分聚焦典型金属基复合材料体系，深入探讨铝基复合材料、镁基复合材料、钛基复合材料及其他金属基复合材料的“工艺—组织—性能”内在关联；第三部分围绕材料基因工程前沿方向，全面梳理金属基复合材料在高通量研究、数据库技术、数据驱动设计及工程化应用等方面的进展并展望学科未来。

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1978年-1982年，西安交通大学 机械系 学士 1982年-1982年，大连外国语学院 教育部出国留学人员培训部 进修 1982年-1985年，日本大阪大学 材料科学系 硕士 1985年-1988年，日本大阪大学 材料科学系 博士2002年7月，任金属基复合材料国家重点实验室（上海交通大学）主任； 2015年7月，任上海交通大学材料科学与工程学院讲席教授； 2023年11月，当选为中国科学院院士。 2025年4月，荣获全国先进工作者。材料加工与结构材料专家以第一完成人获两项国家自然科学奖二等奖；973计划项目“先进金属基复合材料制备科学基础”，编号2012CB619600，项目首席科学家。长期从事金属基复合材料研究，在复合材料设计制备、加工成型与应用方面取得了系统性创新成果。揭示了非连续增强金属基复合材料的可控复合与形变加工原理，实现了制备技术的突破，打破了国际封锁，为我国航天重大工程提供了万余件关重构件，为推动国家高科技发展和维护国家安全做出了重要贡献；提出了金属微纳砖砌构型化复合的学术思想与技术原型，同步提升了金属基复合材料的强度/模量与塑韧性，拓宽了金属基复合材料的研究领域；巧借生物多样性及其独特的结构效应，提出了“遗态材料”的新概念，为材料的构型化复合研究提供了新原理、新方法。曾获国家自然科学二等奖2项（第一完成人）、省部级一等奖4项（2项排1）；出版中英文专著3部；发表SCI收录论文600余篇，SCI他引23,000余次，H值85；在国际会议上作特邀报告80余次；授权国家发明专利90余项、制定国家标准3项。主要研究成果已经成功应用于我国载人航天、探月工程等重大工程，涉及到空间站、北斗三号、月球车、嫦娥探测器、火星探测器等35种型号。 一、针对金属基复

目录
总序
前言
第1章 绪论 1
1.1 金属基复合材料的概念 1
1.2 金属基复合材料的性能特点 2
1.3 金属基复合材料的应用方向 3
1.3.1 航空航天方向 4
1.3.2 能源环境方向 5
1.3.3 电子封装方向 7
1.3.4 交通运输方向 8
1.4 金属基复合材料的发展趋势 10
参考文献 11
第2章 金属基复合材料的基本设计准则 14
2.1 金属基复合材料的材料体系选择 14
2.1.1 结构金属基复合材料 14
2.1.2 功能金属基复合材料 15
2.2 金属基复合材料的制备工艺优化 16
2.3 金属基复合材料的复合设计准则 17
2.3.1 力学性能设计准则 18
2.3.2 物理性能设计准则 30
2.3.3 结构/功能设计准则 32
2.4 金属基复合材料的创新设计方法 33
2.4.1 构型化复合设计 34
2.4.2 多尺度模拟设计 34
参考文献 37
第3章 金属基复合材料的制备加工方法 38
3.1 金属基复合材料的制备难点 38
3.2 金属基复合材料的制备方法 39
3.2.1 固态制备方法 39
3.2.2 液态制备方法 47
3.2.3 半固态制备方法 49
3.3 金属基复合材料的加工工艺 49
3.3.1 塑性成形工艺 49
3.3.2 铸造成型工艺 52
3.3.3 机械加工工艺 53
3.3.4 焊接加工工艺 55
3.4 金属基复合材料的制备技术发展 58
参考文献 58
第4章 金属基复合材料的破坏失效机制 61
4.1 金属基复合材料的损伤模型 61
4.1.1 金属基体的损伤模型 61
4.1.2 陶瓷增强体的损伤模型 64
4.1.3 复合界面的损伤模型 65
4.2 金属基复合材料的组元作用 66
4.2.1 增强体与基体的协同变形 66
4.2.2 金属基复合材料的载荷分配 67
4.2.3 金属基复合材料的强化机制 69
4.3 金属基复合材料的变形阶段 71
4.3.1 复合材料的破坏失效过程 71
4.3.2 复合材料的损伤累积阶段 71
4.3.3 复合材料的微观断裂机制 72
4.4 颗粒增强复合材料的破坏机制 73
4.4.1 SiCp/Al复合材料的破坏机制 73
4.4.2 石墨烯/Al复合材料的破坏机制 75
4.4.3 SiCp(CNT)/Al复合材料的破坏机制 77
4.5 纤维增强复合材料的破坏机制 78
4.5.1 纤维与基体界面结合 78
4.5.2 纤维含量与纤维分布 79
参考文献 80
第5章 金属基复合材料的界面行为表征 82
5.1 复合界面的定义 82
5.1.1 复合界面的概念内涵 82
5.1.2 复合界面的影响因素 83
5.2 复合界面的物理化学特性 84
5.2.1 复合界面的物理润湿性 84
5.2.2 复合界面的化学相容性 84
5.2.3 复合界面的晶体学关系 85
5.2.4 复合界面的模量与热失配 85
5.3 复合界面微区的表征方法 86
5.3.1 复合界面微区的力学表征 86
5.3.2 界面结合强度的测试方法 87
5.3.3 纳米压痕微区性能评价方法 88
5.3.4 微纳力学界面结合强度表征 95
参考文献 100
第6章 铝基复合材料 102
6.1 铝基复合材料的分类 102
6.2 纤维增强铝基复合材料 103
6.2.1 碳纤维增强铝基复合材料 104
6.2.2 晶须增强铝基复合材料 116
6.3 颗粒增强铝基复合材料 120
6.3.1 微米颗粒增强铝基复合材料 121
6.3.2 纳米颗粒增强铝基复合材料 137
6.3.3 混杂颗粒增强铝基复合材料 142
6.4 纳米相增强铝基复合材料 146
6.4.1 碳纳米管增强铝基复合材料 146
6.4.2 石墨烯增强铝基复合材料 150
参考文献 156
第7章 镁基复合材料 161
7.1 镁基复合材料的分类 161
7.2 外加增强镁基复合材料 162
7.2.1 纤维增强镁基复合材料 162
7.2.2 颗粒增强镁基复合材料 164
7.2.3 纳米增强镁基复合材料 165
7.3 原位反应增强镁基复合材料 167
7.3.1 原位反应制备方法 168
7.3.2 原位反应体系设计 169
7.3.3 原位反应(AlN+Mg2Si)/Mg基复合材料 185
参考文献 195
第8章 钛基复合材料 198
8.1 钛基复合材料的分类 198
8.1.1 钛基复合材料的设计 198
8.1.2 钛基复合材料的种类 200
8.2 钛基复合材料的制备方法 201
8.2.1 熔铸法 201
8.2.2 粉末冶金法 202
8.2.3 机械合金化法 203
8.2.4 自蔓延高温合成法 203
8.3 钛基复合材料的加工工艺 204
8.3.1 挤压成形工艺 204
8.3.2 锻造成形工艺 215
8.3.3 轧制成形工艺 228
8.4 颗粒增强钛基复合材料 233
8.4.1 微米颗粒增强钛基复合材料 233
8.4.2 纳米颗粒增强钛基复合材料 234
8.4.3 外加纳米碳增强钛基复合材料 240
参考文献 244
第9章 其他金属基复合材料 247
9.1 铜基复合材料 247
9.1.1 高强高导电铜基复合材料 248
9.1.2 超高导电铜基复合材料 257
9.1.3 减摩耐磨铜基复合材料 263
9.1.4 热管理用铜基复合材料 270
9.2 非晶合金基复合材料 280
9.2.1 原位自生非晶合金基复合材料 280
9.2.2 颗粒增强非晶合金基复合材料 282
9.2.3 丝束增强非晶合金基复合材料 283
9.2.4 骨架增强非晶合金基复合材料 285
9.3 高熵合金基复合材料 287
9.3.1 颗粒增强高熵合金基复合材料 287
9.3.2 碳化物增强高熵合金基复合材料 289
9.3.3 金属单质增强高熵合金基复合材料 291
参考文献 293
第10章 金属基复合材料的材料基因工程 295
10.1 材料基因工程与金属基复合材料 295
10.2 金属基复合材料的高通量制备 296
10.2.1 粉末冶金制备方法 296
10.2.2 增材制造制备方法 298
10.3 金属基复合材料的高通量表征 299
10.3.1 复合材料组织表征 299
10.3.2 复合材料性能测试 300
10.3.3 复合材料微区性能 301
10.4 金属基复合材料的高通量计算 305
10.4.1 复合材料结构建模 305
10.4.2 复合材料性能模拟 307
10.5 金属基复合材料的数据库技术 310
10.5.1 材料数据标准化 310
10.5.2 材料数据库技术 311
10.5.3 材料数据库软件 313
10.6 金属基复合材料的数据驱动研究 314
10.6.1 机器学习研究 315
10.6.2 深度学习研究 318
10.6.3 可解释性研究 321
10.6.4 大模型相关研究 321
参考文献 324
第11章 金属基复合材料的应用领域 326
11.1 金属基复合材料的应用 326
11.1.1 航空领域应用 326
11.1.2 航天领域应用 327
11.1.3 交通领域应用 328
11.1.4 电子领域应用 329
11.2 铝基复合材料的应用 329
11.2.1 航空航天应用 329
11.2.2 能源交通应用 331
11.2.3 武器装备应用 332
11.2.4 其他应用 333
11.3 钛基复合材料的应用 334
11.3.1 航空航天应用 334
11.3.2 能源交通应用 336
11.3.3 其他应用 337
11.4 其他复合材料的应用 337
11.5 未来发展 340
参考文献 341
关键词索引 343