強度和韌性的“倒置關系”是長期以來制約金屬基復合材料發展的瓶頸難題。在傳統的金屬基復合材料中，硬脆的陶瓷增強體的引入雖然能夠提高復合材料的模量和強度，但將導致嚴重的應變局域化和應力集中，進而造成復合材料塑韌性的大幅降低。如何才能打破金屬基復合材料強-韌性倒置關聯的桎梏，魚與熊掌兼得？其解決方法之一，就是采用同時兼具優異本征力學性能和可變形能力的新型增強體材料。形狀記憶陶瓷（shape memory ceramics, SMCs）就是一類典型的可變形增強體，不僅具備良好的本征模量和強度，在溫度場或力場作用下，還能夠發生四方相<->單斜相的可逆馬氏體相變，并由此產生約10%的晶格應變（Science 341, 1505-1508, 2013）。

在此背景下，研究團隊選用形狀記憶陶瓷-純鋁復合材料[鈰摻雜氧化鋯(cerium-doped zirconia, CZ)/鋁(Al)]作為模型材料，通過制備過程中的溫度場-應力場耦合，獲得了含有完全奧氏體化CZ增強體的復合材料。進而通過單軸壓縮實驗，在復合材料微柱中實現了超過60%的增強體發生馬氏體相變。而在隨后的400℃退火過程中，馬氏體（單斜相）發生反馬氏體相變，恢復到四方相結構。結合旋進電子衍射技術（precession electron diffraction, PED）和高分辨X射線顯微成像(X-ray microscopy, XRM)分析，研究人員發現復合材料中形狀記憶陶瓷顆粒發生可逆相變來源于鋁基體對顆粒的有效束縛、良好的增強體/基體界面載荷傳遞效率、陶瓷顆粒與金屬基體的協同變形能力，以及陶瓷顆粒在金屬基體內的三維網狀/力鏈構型對載荷傳遞的促進作用。

?該進展發現了在金屬基復合材料中形狀記憶陶瓷具備可逆相變能力，驗證了采用相變陶瓷對于解決金屬基復合材料“強-韌性倒置”這一瓶頸難題的可行性。從結構承載的角度，相比于傳統不可變形的增強體，形狀記憶陶瓷相變引起的晶格應變能夠協調增強體-基體的變形，將外力做功迅速耗散到整個材料，避免應力集中。同時，通過陶瓷的相變，進一步耗散彈性應變能，在強化復合材料的同時實現相變增韌。在輕質金屬基復合材料中實現陶瓷的可逆相變，將進一步拓寬這類材料在智能傳感、驅動等領域的應用前景。

本研究特別感謝南洋理工大學Zehui Du博士和上海交通大學金學軍教授的討論，以及上海交通大學劉煜博士、劉煜旸博士和彭億飛博士提供的實驗支持。本研究獲得了國家自然科學基金重大項目 (52192595) 、國家重點研發計劃（2022YFB3705704）等項目的資助。