在均匀基体中引入二次相或增强物形成复合结构是调整金属材料力学性能最重要和有效的策略之一，已应用于几乎所有金属材料的增强。尽管制造金属基复合材料(MMCs)的方法多种多样，但目前采用的大多数方法都是使用不间断的结晶陶瓷颗粒作为增强体。然而，基体内部聚集的非连续强化削弱了强化效果，局部应力集中使其表现出延性降低。因此，探索设计和制造结构新颖、性能优良的复合材料具有重要意义。
为了克服材料的强度-延性权衡关系，提出了在齐均质基体中构造具有功能单元的有序结构(OSFU)的概念，并取得了重大进展，可以有效地用于提高金属材料的力学性能。金属玻璃(MG)因其高强度、弹性极限(~1.8%)和低模量(80~100 GPa)成为传统增强材料的理想替代品，目前已经发展到制备多孔MG阶段。然而，制造多孔MG的高生产成本尚未得到充分解决，阻碍了其广泛应用。
近日，华南理工刘乐华教授课题组提出了一种设计和制造MG晶格增强MMC的新策略。采用增材制造和HPDC相结合的方法，制备了具有不同结构的Zr基MG晶格增强的新型不锈钢（SS）基复合材料，定量研究了MG晶格结构与复合材料力学性能的关系。相关研究成果以“Novel metal matrix composites reinforced with Zr-based metallic glass lattices”为题在Applied Materials Today上发表。
研究人员使用三维金属玻璃(MG)晶格增强金属，发现以30 % MG为体心立方晶格增强的复合材料具有优异的力学性能，塑性明显高于某些颗粒增强不锈钢复合材料和大多数常规非原位MG基复合材料。性能的增强主要来自于设计合理的组织结构、硬质MG与软质不锈钢的有机结合及其协同增强机制。研究人员提出的加工路线克服了MG只能用于强化低熔点材料的限制，并将MG增强体的空间形式从分散的颗粒和带状扩展到三维晶格。该铸态复合材料具有较高的抗压强度和较大的塑性应变。MG晶格的名义模量越高，复合材料的屈服强度越大，断裂塑性应变越小。而力学性能的提升主要源于MG和SS的协同增强，以及SS基体对裂纹扩展的显著抑制。该结果阐明了MG晶格增强复合材料的变形机理，为复合材料的设计提供了指导。在软SS合金中引入有序硬MG功能单元的设计理念和加工路线可以推广到其他合金体系，以实现性能的改善。该研究克服了突破材料基体必须是低熔点材料的限制，而且将MG增强材料的形态从不连续分布的颗粒和带状扩展到连续的三维晶格。
