摘要：“材料基因工程”計劃是以大數據作為支撐，采用高通量設計、制備和表征技術，促使材料研究從傳統的試錯模式轉向低成本、快速響應的新模式，從而加快新材料的研發速度，實現研發成本和周期“雙減半”的目標。金屬基復合材料由于組分復雜、制備過程為熱力學非平衡狀態，帶來一些新的問題需要解決，包括：（1） 高通量制備方法方面，針對合金塊體樣品開發的噴印合成法、多元結擴散法等基于熱力學平衡理論的高通量制備技術無法直接用于金屬基復合材料構件塊體坯料的制造；（2） 高通量表征技術方面，缺乏針對金屬基復合材料單一樣品成分、形貌、組織、結構和性能的多維、多場、多尺度同步采集技術，以及針對陣列樣品成分、形貌、組織與結構的快速表征技術。鑒于上述問題，本文綜述了金屬基復合材料高通量制備及表征技術發展現狀及已取得的進展，特別是在增強體呈梯度分布的金屬基復合材料制備技術與高通量組合表征方法上取得的突破，推動了高通量制備及表征技術在金屬基復合材料領域的應用。最后指出了金屬基復合材料高通量計算、制備方法和表征技術方面存在的瓶頸問題，并對高通量制備與表征技術的發展進行了展望。

基于X射線同步輻射的金屬基復合材料高通量表征平臺

結論和展望

本文綜述了金屬基復合材料高通量制備及表征技術的研究現狀。“噴印”合成法、擴散多元節法、磁控濺射法、選擇性激光熔覆法、共沉積薄膜法以及激光增材制造法等高通量制備技術已經成功應用于金屬材料及其薄膜材料的高通量制備；這些技術在金屬基復合材料方面的制備工藝尚需進一步探索。與此同時，相應的高通量表征技術，如飛秒脈沖激光技術、高通量透射微型組合技術、三維X線衍射技術、原位拉伸結合數字圖像技術以及掃描電鏡結合數字圖像技術等在不含增強體的金屬材料上已獲得成功應用，但在金屬基復合材料上的應用技術需要深入研究。

經過近10 年的探索發展，“材料基因工程”已在薄膜等低維度材料高通量設計、制備和表征等關鍵技術方面取得了長足的進展。但在金屬基復合材料的高通量研發方面還存在以下瓶頸問題：（1） 計算設計方面，缺乏針對增強體/金屬基體界面的物理/化學相容性集成計算耦合設計技術，缺乏復合體系界面化學及熱動力學數據庫；（2） 制備方法方面，針對合金塊體樣品開發的“噴印”合成法、多元結擴散法等幾種有限的高通量制備技術均無法用于金屬基復合材料構件坯料的制造；（3） 表征技術方面，缺乏針對金屬基復合材料的形貌、組織、結構、性能的同步采集技術，特別是基于同步輻射的三維原位表征技術；（4） 加工技術方面，高性能大型構件加工過程中，各物理因素非均勻性大、缺陷形成幾率高，缺乏多尺度模擬及缺陷檢測技術，用以指導復合材料組織、性能與殘余應力的調控。解決上述難題，實現縮短金屬基復合體系篩選和研發周期、降低研發成本、快速響應航空航天等領域的迫切需求，是目前金屬基復合材料發展的重要任務和發展趨勢之一。

為此，針對金屬基復合材料組織可設計性強和性能優化潛力大的特點，及研發成本高、實驗周期長和原材料消耗大等難點問題，以及國家重大工程對金屬基復合材料提出的高性能、低成本和短周期的迫切需求，需要重點突破以下技術瓶頸：（1） 高通量制備裝置和技術，重點是通過多因素多水平材料組分和制備工藝參數的組合實驗設計，實現多種增強體、上百個體系的金屬基復合材料的同爐、同步高通量制備；（2） 高通量表征新裝置設計和表征技術開發，包括基于電鏡和同步輻射的高通量平臺研發，重點是利用集成光學、二次電子、能譜、電子背散射衍射與數字圖像關聯技術，實現微區成分、增強體分布、界面結構、界面區微觀應變分布與演化、宏觀力學特性的多參量跨尺度的高通量同步表征，構建成分-結構-性能的同步采集平臺，研究多組分多工藝條件的高通量制備樣品的成分-結構-性能與工藝間的關聯規律。通過上述研究，將發展出金屬基復合材料的快速篩選與優化方法，打破國外材料和制備技術封鎖，促進我國金屬基復合材料技術的跨越式發展以及在航空航天國防等國家重大工程領域的廣泛應用。