摘要：“材料基因工程”計(jì)劃是以大數(shù)據(jù)作為支撐，采用高通量設(shè)計(jì)、制備和表征技術(shù)，促使材料研究從傳統(tǒng)的試錯(cuò)模式轉(zhuǎn)向低成本、快速響應(yīng)的新模式，從而加快新材料的研發(fā)速度，實(shí)現(xiàn)研發(fā)成本和周期“雙減半”的目標(biāo)。金屬基復(fù)合材料由于組分復(fù)雜、制備過程為熱力學(xué)非平衡狀態(tài)，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(fā)的噴印合成法、多元結(jié)擴(kuò)散法等基于熱力學(xué)平衡理論的高通量制備技術(shù)無法直接用于金屬基復(fù)合材料構(gòu)件塊體坯料的制造；（2） 高通量表征技術(shù)方面，缺乏針對金屬基復(fù)合材料單一樣品成分、形貌、組織、結(jié)構(gòu)和性能的多維、多場、多尺度同步采集技術(shù)，以及針對陣列樣品成分、形貌、組織與結(jié)構(gòu)的快速表征技術(shù)。鑒于上述問題，本文綜述了金屬基復(fù)合材料高通量制備及表征技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及已取得的進(jìn)展，特別是在增強(qiáng)體呈梯度分布的金屬基復(fù)合材料制備技術(shù)與高通量組合表征方法上取得的突破，推動(dòng)了高通量制備及表征技術(shù)在金屬基復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用。最后指出了金屬基復(fù)合材料高通量計(jì)算、制備方法和表征技術(shù)方面存在的瓶頸問題，并對高通量制備與表征技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了展望。

基于X射線同步輻射的金屬基復(fù)合材料高通量表征平臺(tái)

結(jié)論和展望

本文綜述了金屬基復(fù)合材料高通量制備及表征技術(shù)的研究現(xiàn)狀。“噴印”合成法、擴(kuò)散多元節(jié)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(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于金屬材料及其薄膜材料的高通量制備；這些技術(shù)在金屬基復(fù)合材料方面的制備工藝尚需進(jìn)一步探索。與此同時(shí)，相應(yīng)的高通量表征技術(shù)，如飛秒脈沖激光技術(shù)、高通量透射微型組合技術(shù)、三維X線衍射技術(shù)、原位拉伸結(jié)合數(shù)字圖像技術(shù)以及掃描電鏡結(jié)合數(shù)字圖像技術(shù)等在不含增強(qiáng)體的金屬材料上已獲得成功應(yīng)用，但在金屬基復(fù)合材料上的應(yīng)用技術(shù)需要深入研究。

經(jīng)過近10 年的探索發(fā)展，“材料基因工程”已在薄膜等低維度材料高通量設(shè)計(jì)、制備和表征等關(guān)鍵技術(shù)方面取得了長足的進(jìn)展。但在金屬基復(fù)合材料的高通量研發(fā)方面還存在以下瓶頸問題：（1） 計(jì)算設(shè)計(jì)方面，缺乏針對增強(qiáng)體/金屬基體界面的物理/化學(xué)相容性集成計(jì)算耦合設(shè)計(jì)技術(shù)，缺乏復(fù)合體系界面化學(xué)及熱動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)庫；（2） 制備方法方面，針對合金塊體樣品開發(fā)的“噴印”合成法、多元結(jié)擴(kuò)散法等幾種有限的高通量制備技術(shù)均無法用于金屬基復(fù)合材料構(gòu)件坯料的制造；（3） 表征技術(shù)方面，缺乏針對金屬基復(fù)合材料的形貌、組織、結(jié)構(gòu)、性能的同步采集技術(shù)，特別是基于同步輻射的三維原位表征技術(shù)；（4） 加工技術(shù)方面，高性能大型構(gòu)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(shù)，用以指導(dǎo)復(fù)合材料組織、性能與殘余應(yīng)力的調(diào)控。解決上述難題，實(shí)現(xiàn)縮短金屬基復(fù)合體系篩選和研發(fā)周期、降低研發(fā)成本、快速響應(yīng)航空航天等領(lǐng)域的迫切需求，是目前金屬基復(fù)合材料發(fā)展的重要任務(wù)和發(fā)展趨勢之一。

為此，針對金屬基復(fù)合材料組織可設(shè)計(jì)性強(qiáng)和性能優(yōu)化潛力大的特點(diǎn)，及研發(fā)成本高、實(shí)驗(yàn)周期長和原材料消耗大等難點(diǎn)問題，以及國家重大工程對金屬基復(fù)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(diǎn)突破以下技術(shù)瓶頸：（1） 高通量制備裝置和技術(shù)，重點(diǎn)是通過多因素多水平材料組分和制備工藝參數(shù)的組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)多種增強(qiáng)體、上百個(gè)體系的金屬基復(fù)合材料的同爐、同步高通量制備；（2） 高通量表征新裝置設(shè)計(jì)和表征技術(shù)開發(fā)，包括基于電鏡和同步輻射的高通量平臺(tái)研發(fā)，重點(diǎn)是利用集成光學(xué)、二次電子、能譜、電子背散射衍射與數(shù)字圖像關(guān)聯(lián)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)微區(qū)成分、增強(qiáng)體分布、界面結(jié)構(gòu)、界面區(qū)微觀應(yīng)變分布與演化、宏觀力學(xué)特性的多參量跨尺度的高通量同步表征，構(gòu)建成分-結(jié)構(gòu)-性能的同步采集平臺(tái)，研究多組分多工藝條件的高通量制備樣品的成分-結(jié)構(gòu)-性能與工藝間的關(guān)聯(lián)規(guī)律。通過上述研究，將發(fā)展出金屬基復(fù)合材料的快速篩選與優(yōu)化方法，打破國外材料和制備技術(shù)封鎖，促進(jìn)我國金屬基復(fù)合材料技術(shù)的跨越式發(fā)展以及在航空航天國防等國家重大工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。