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科学技术的进步极大地促进了现代工业的发展,同时对工程材料性能的要求也越来越苛刻,传统的铝合金材料已经无法满足要求。原位合成铝基复合材料由于具备增强颗粒和基体的双重优势而成为材料领域的研究热点。然而,目前已开发应用的原位合成铝基复合材料体系较少,并且反应生成增强相的同时往往伴随着粗大或者具有特殊形貌的有害相。目前研究较多的原位体系为Al-ZrO2体系,但该体系反应生成的ZrAl3粒子在应力的作用下会出现脆裂现象,限制复合材料力学性能上限的提升。为了开发原位合成铝基复合材料新体系,本文以Al-ZrO2体系为基础,以调控增强相形貌、设计合成纳米Zr化物粒子和构筑多相多尺度粒子网状构型三种思路出发,设计了 Al-ZrO2-X原位合成新体系,研究了其反应机制、力学性能和强化机理,为原位合成具有综合力学性能的新材料提供了思路。本文的研究内容如下:（1）Al-ZrO2-MoSi2多级反应机制与复合材料力学性能实验发现,Al-ZrO2体系在680℃反应后生成（A12O3+ZrAl3）/Al复合材料,纳米Al2O3粒子和薄片状微米ZrAl3粒子在铝基体上均匀分布。在Al-ZrO2体系引入MoSi2后,Al-ZrO2-MoSi2体系进行多级原位反应,当体系升温至573.9℃时,Al和ZrO2进行固-固反应生成Al2O3和ZrAl3,然后Al和MoSi2在更高温度下发生液—固反应生成花瓣状Al12Mo相,同时使薄片状ZrAl3相转为短棒状的（Al,Zr,Si）相,生成（Al12Mo+（Al,Zr,Si）+A12O3）/Al复合材料。由于增强相的演变,（Al12Mo+（Al,Zr,Si）+Al2O3）/Al 复合材料相比于（Al2O3+ZrAl3）/Al 复合材料具有更高的硬度,在室温下的拉伸强度由305 MPa提高到330 MPa,在350℃下的拉伸强度也由101 MPa提高至109 MPa。（2）Al-ZrO2-B2O3原位反应机制与（ZrB2+Al2O3）/Al复合材料制备在Al-ZrO2体系中引入B2O3使脆性ZrAl3相转变为ZrB2相,当ZrO2和B2O3的摩尔比为1:1时,体系完全反应后合成（ZrB2+Al2O3）/Al复合材料。而当ZrO2和B2O3的摩尔比为1:0.5时,原位反应后仍保留部分微米级薄片状ZrAl3粒子,生成（ZrAl3+ZrB2+Al2O3）/Al复合材料。通过原位反应温度的调控,可使复合材料中的ZrB2和Al2O3粒子具有纳米尺寸,合成纳米双相颗粒增强铝基复合材料。挤压研究发现,微米级Al基体和ZrAl3粒子形成择优取向,α-Al晶粒具有<111>//ED的挤压丝织构,ZrAl3粒子的长轴平行于挤压方向形成了（001）ZrAl3//ED的取向。由于B2O3的引入消除了易发生脆裂现象的ZrAl3粒子,纳米ZrB2和Al2O3粒子可以更有效地减少应力集中现象,阻碍铝基体的动态软化,（ZrB2+Al2O3）/Al复合材料相较于（ZrAl3+ZrB2+Al2O3）/Al复合材料表现出更低的热膨胀率和更高的力学性能,其在350℃下的拉伸强度可达188 MPa。（3）多相多尺度颗粒网状构型（Al2O3+ZrB2+AlN）/Al复合材料的设计与制备在Al-ZrO2体系基础上引入N和B元素,800℃原位反应制备了一种新型的（Al2O3+ZrB2+AlN）/Al复合材料。Al2O3、ZrB2和AlN增强粒子分别具有微米,亚微米和纳米多种尺度。对粒子的含量进行调控可使复合材料增强相由弥散分布转变为网状分布,形成三维硬质骨架。实验表明,网状构型的（Al2O3+ZrB2+AlN）/Al复合材料具有更优异的综合性能。硬相粒子可有效包裹软相铝基体使复合材料具有更低的热膨胀率和更高的弹性模量。同时,网状增强粒子具有更显著的热错配强化和位错增殖强化效果,使（Al2O3+ZrB2+AlN）/Al复合材料的室温和高温拉伸强度可达504 MPa和200 MPa,该复合材料在高端制造领域具有广阔的应用前景。