中国高模铝基复合材料研发取得进展 - 突破300℃服役瓶颈，中科院研发新型耐高温高强高模铝基材料

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近期在高性能铝基复合材料研发方面取得重要进展。该团队提出缺陷促进的Ti₂AlC（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Al₃Ti/Al复合材料，相关研究成果于2026年5月22日发表在《自然·通讯》期刊。

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，但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。

研究团队提出的缺陷促进Ti₂AlC“内分解”机制，突破了表面扩散主导的反应动力学瓶颈。通过高能球磨控制在Ti₂AlC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。

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（平均粒径0.42微米，体积分数达38.6%）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。

实验数据显示，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（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。

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，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。研究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。

根据中国复合材料工业协会数据，2024年我国碳化硅铝基复合材料大类市场规模约为112.4亿元，2025年约为109.5亿元，整体保持在百亿元以上的市场规模。高体分（体积分数≥50%）产品因技术门槛高、应用领域高端，在整个碳化硅铝基复合材料市场中的占比约为10%，2024年国内细分市场规模达到11.24亿元。

【常见问题】

问题1：这种新型铝基复合材料的主要技术突破是什么？

回答1：主要技术突破在于提出了缺陷促进的Ti₂AlC（MAX相）“内分解”机制，通过高能球磨控制在Ti₂AlC中形成缺陷结构，使其内部产生双路径元素扩散通道，突破了传统表面扩散主导的反应动力学瓶颈，解决了强化相尺寸与体积分数难以协同的核心矛盾。

问题2：这种材料在高温下的性能表现如何？

回答2：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%，在室温下抗拉强度为632兆帕，杨氏模量为124吉帕。

问题3：这种材料主要应用在哪些领域？

回答3：主要应用于航空航天领域，作为卫星结构件、无人机部件等核心结构材料，同时也可应用于5G基站功放散热基板、AI服务器GPU散热模块、第三代半导体封装衬底、新能源汽车电机外壳、电控散热部件、氢燃料电池双极板等高端制造领域。

【话题追踪】

2026年05月26日 10:57:00 - [中科院金属所突破铝基复合材料高温性能瓶颈](https://www.donews.com/news/detail/8/6570712.html) - DoNews

2026年05月26日 10:42:16 - [突破300℃服役瓶颈，中国科学院金属所研发新型耐高温、高强、高模铝基复合材料](https://www.ithome.com/0/955/187.htm) - IT之家

2026年05月26日 10:02:00 - [耐高温、高强、高模铝基复合材料取得进展](https://stcn.com/article/detail/3927070.html) - 证券时报

2026年05月22日 00:00:00 - [耐高温、高强、高模铝基复合材料取得进展](https://imr.cas.cn/xwzx/kydt/202605/t20260522_8208589.html) - 中国科学院金属研究所

2026年05月22日 00:00:00 - [耐高温、高强、高模铝基复合材料取得进展](https://imr.cas.cn/xwzx/tpxw/202605/t20260522_8208714.html) - 中国科学院金属研究所