英文原题：Back stress dynamic balancing strategy enabled strength-ductility synergy in heterostructured Al-SiC composites（原文链接）
通讯作者：黄永宪，哈尔滨工业大学
作者： Dongxin Mao（冒冬鑫），Xiangchen Meng（孟祥晨，副研究员），Yuming Xie（谢聿铭，助理教授/博士后），Yuexin Chang（常月鑫），Zhiwei Qin（秦志伟），Shuangming Xu（许双明），Long Wan（万龙，教授）， Yongxian Huang（黄永宪，教授）
正文：
铝基复合材料作为轻质高强的结构材料，在航空航天、军事等领域备受推崇，尤其是SiC增强的铝基复材。其凭借优良的强化效率及高性价比获得了广泛的应用市场，例如在双轴天线驱动机构中的应用助力了祝融号巡视器的正常平稳运行。考虑到科技探索的进一步推进及结构材料应用工况的日趋严苛，SiC增强铝基复材的发展面临了更大的挑战，亟需材料性能在更轻、更强及更韧等方面获得进一步提升。然而，SiC在细化晶粒提升材料强度的同时，会损伤基体Al晶粒的位错存储能力，导致材料整体塑性的明显下降。 显然，高强复合材料的低位错存储性能及其引发的强塑倒置问题阻碍了材料的进一步发展。面对这一问题，哈尔滨工业大学黄永宪教授团队对Al-SiC复合材料的强塑倒置关系展开了系统研究，基于图1的结构设计策略，通过形变驱动固相冶金新方法的引入（图2a），设计出了一种具有粗细晶粒异质结构的纳微混合SiC增强铝基复合材料（图2b）。基于背应力理论对累积的几何必须位错和晶内分散的纳米SiC颗粒进行调控, 使得背应力与外在施加应力保持动态平衡而实现Al-SiC复合材料的强塑性协同。
所制备的非均质Al-SiC铝基复材的变形过程可分为三个阶段，具体如图3所示：在阶段Ⅰ，软塑性的粗晶粒与硬脆的细晶粒一起弹性变形。在阶段Ⅱ，随着施加应力的提升，软塑性的粗晶粒会发生塑性变形，而此时的硬脆细晶粒仍然保持弹性变形状态。该过程中背应力与施加应力保持动态平衡，是促进粗细晶粒非均质结构强塑协调的重要阶段。晶内分布的纳米尺寸SiC颗粒强化了这一过程，其在保证一定塑性的前提下促使施加应力动态提升。在阶段Ⅲ，软塑性的粗晶粒被累积的几何必须位错强化，接近硬脆晶粒的强度后开始带着硬脆的细小晶粒一起塑性变形。在上述的三个阶段中，软塑的粗晶粒承担了更多的塑性变形，促进了材料中的应力应变分配，实现了材料强塑性的有效协同。如图4所示， 微纳混合SiC增强的SiC5np-5µp/Al的极限抗拉强度与均匀延伸率分别达到了324 MPa与12.9%，强度达到了SiC10µp/Al的181%而塑性仅损失3%。与现有文献报道性能相比，本策略制备的SiC5np-5µp/Al的强塑协调性能达到了最优水平。
相关论文发表在Science China-Materials (SCMs)上，哈尔滨工业大学博士研究生冒冬鑫、孟祥晨副研究员、谢聿铭助理教授为文章的共同第一作者，黄永宪教授为通讯作者。该工作得到中国国家创新人才博士后计划（BX20220384）、中国国家自然科学基金（2175301）、黑龙江省科学自然基金（JJ2020JQ085）以及中国博士后科学基金（2021T140151）的资助。