摘要：“材料基因工程”计划是以大数据作为支撑，采用高通量设计、制备和表征技术，促使材料研究从传统的试错模式转向低成本、快速响应的新模式，从而加快新材料的研发速度，实现研发成本和周期“双减半”的目标。金属基复合材料由于组分复杂、制备过程为热力学非平衡状态，带来一些新的问题需要解决，包括：（1） 高通量制备方法方面，针对合金块体样品开发的喷印合成法、多元结扩散法等基于热力学平衡理论的高通量制备技术无法直接用于金属基复合材料构件块体坯料的制造；（2） 高通量表征技术方面，缺乏针对金属基复合材料单一样品成分、形貌、组织、结构和性能的多维、多场、多尺度同步采集技术，以及针对阵列样品成分、形貌、组织与结构的快速表征技术。鉴于上述问题，本文综述了金属基复合材料高通量制备及表征技术发展现状及已取得的进展，特别是在增强体呈梯度分布的金属基复合材料制备技术与高通量组合表征方法上取得的突破，推动了高通量制备及表征技术在金属基复合材料领域的应用。最后指出了金属基复合材料高通量计算、制备方法和表征技术方面存在的瓶颈问题，并对高通量制备与表征技术的发展进行了展望。

基于X射线同步辐射的金属基复合材料高通量表征平台

结论和展望

本文综述了金属基复合材料高通量制备及表征技术的研究现状。“喷印”合成法、扩散多元节法、磁控溅射法、选择性激光熔覆法、共沉积薄膜法以及激光增材制造法等高通量制备技术已经成功应用于金属材料及其薄膜材料的高通量制备；这些技术在金属基复合材料方面的制备工艺尚需进一步探索。与此同时，相应的高通量表征技术，如飞秒脉冲激光技术、高通量透射微型组合技术、三维X线衍射技术、原位拉伸结合数字图像技术以及扫描电镜结合数字图像技术等在不含增强体的金属材料上已获得成功应用，但在金属基复合材料上的应用技术需要深入研究。

经过近10 年的探索发展，“材料基因工程”已在薄膜等低维度材料高通量设计、制备和表征等关键技术方面取得了长足的进展。但在金属基复合材料的高通量研发方面还存在以下瓶颈问题：（1） 计算设计方面，缺乏针对增强体/金属基体界面的物理/化学相容性集成计算耦合设计技术，缺乏复合体系界面化学及热动力学数据库；（2） 制备方法方面，针对合金块体样品开发的“喷印”合成法、多元结扩散法等几种有限的高通量制备技术均无法用于金属基复合材料构件坯料的制造；（3） 表征技术方面，缺乏针对金属基复合材料的形貌、组织、结构、性能的同步采集技术，特别是基于同步辐射的三维原位表征技术；（4） 加工技术方面，高性能大型构件加工过程中，各物理因素非均匀性大、缺陷形成几率高，缺乏多尺度模拟及缺陷检测技术，用以指导复合材料组织、性能与残余应力的调控。解决上述难题，实现缩短金属基复合体系筛选和研发周期、降低研发成本、快速响应航空航天等领域的迫切需求，是目前金属基复合材料发展的重要任务和发展趋势之一。

为此，针对金属基复合材料组织可设计性强和性能优化潜力大的特点，及研发成本高、实验周期长和原材料消耗大等难点问题，以及国家重大工程对金属基复合材料提出的高性能、低成本和短周期的迫切需求，需要重点突破以下技术瓶颈：（1） 高通量制备装置和技术，重点是通过多因素多水平材料组分和制备工艺参数的组合实验设计，实现多种增强体、上百个体系的金属基复合材料的同炉、同步高通量制备；（2） 高通量表征新装置设计和表征技术开发，包括基于电镜和同步辐射的高通量平台研发，重点是利用集成光学、二次电子、能谱、电子背散射衍射与数字图像关联技术，实现微区成分、增强体分布、界面结构、界面区微观应变分布与演化、宏观力学特性的多参量跨尺度的高通量同步表征，构建成分-结构-性能的同步采集平台，研究多组分多工艺条件的高通量制备样品的成分-结构-性能与工艺间的关联规律。通过上述研究，将发展出金属基复合材料的快速筛选与优化方法，打破国外材料和制备技术封锁，促进我国金属基复合材料技术的跨越式发展以及在航空航天国防等国家重大工程领域的广泛应用。