在工业4.0智能化时代,新型轻质高强韧结构材料的研发及其产业化与规模化应用是智能装备制造与发展的基础,在航空航天、国防军工和民生基建中起着至关重要的作用。金属基复合材料将金属的韧性与陶瓷的高强度、高耐磨性等优点相结合,凭借重量轻、比强度和比韧性高、耐磨损以及良好的热稳定性和尺寸稳定性等优异性能而成为材料领域的研究热点。然而,由于强度和韧性间的倒置关系以及传统增强体-基体间的协同响应问题,始终制约着金属基复合材料的发展。自然界的生物材料在长达亿万年的进化过程中,通过优化自身的微观形态结构及功能来适应多变的生存环境。以贝壳珍珠层为例,其具有的以软质相（蛋白有机物）、硬质相（碳酸钙）交替排列的微纳米尺度“砖-泥”结构,赋予了其优异的力学性能。为了获得高强韧性金属基复合材料,众多科研工作者“师法自然”,仿生结构材料也成为了目前复合材料领域的研究热点。本论文以仿生层状金属基复合材料为背景,利用金属基复合材料可设计性的特点并借鉴自然界珍珠层所具有的跨尺度、多级次的精细结构,通过冷冻冰模板与金属熔渗工艺相结合实现复合材料微结构构型化,充分发挥陶瓷增强相与合金相间的协同耦合作用,探索复合材料的强-韧性同步提升机制,并明确其微观结构与宏观性能间的响应关系。选用层状ZrB2-SiC多孔陶瓷为坯体骨架,ZL205A合金、Zn5Al合金为基体,通过冷冻冰模板与挤压熔渗、超声辅助熔渗工艺相结合,制备具有仿珍珠层结构的ZrB2-SiC/ZL205A以及ZrB2-SiC/Zn5Al层状复合材料。利用放电等离子烧结系统快速烧结制备了单孔隙结构ZrB2-SiC多孔陶瓷。当烧结温度为1900°C时制备的ZrB2-SiC多孔陶瓷具有最优的微观结构和力学性能。通过研究ZrB2-SiC多孔陶瓷的高温氧化性能发现,氧化过程中生成的大量氧化相、硼硅玻璃相和Zr Si O4硅酸盐相对多孔陶瓷内的孔隙进行填充,使材料致密化程度提高,而氧化生成的大量高熔点Zr O2还可以通过相变增韧,同时作为框架节点与玻璃相形成网络结构,使多孔陶瓷氧化后的力学性能得到提升。通过冷冻冰模板法制备水基层状ZrB2-SiC多孔陶瓷。首先,利用Zeta电位、浆料流变性以及沉降性测试等分析测试方法研究了分散剂种类、含量以及p H值对ZrB2-SiC陶瓷浆料流变性的影响。当分散剂PAA-NH4的添加量为1.0 wt.%,浆料p H值为9时制备的陶瓷浆料具有最佳的分散稳定性和流动性。制备的层状ZrB2-SiC多孔陶瓷坯体的孔径分布呈现双峰结构,且展现出较小的线性收缩率。随着陶瓷固相含量的增大,陶瓷坯体致密度提高,陶瓷片层间距减小,坯体的孔隙率降低,坯体抗压强度由7 MPa（25 vol.%）增至78 MPa（35 vol.%）。经1500°C下高温氧化20 h,层状ZrB2-SiC多孔陶瓷较氧化前孔隙率降低,抗压强度增大。氧化后的高固相含量多孔陶瓷坯体具有更低的孔隙率,和较大的抗压强度。通过挤压熔渗工艺制备了ZrB2-SiC/ZL205A层状复合材料。采用扫描电镜和三维X射线显微技术表征发现,复合材料很好地延续了陶瓷坯体骨架的层状结构,ZL205A合金相很好的填充了ZrB2-SiC多孔陶瓷坯体骨架中的大孔径层状孔隙以及陶瓷片层中的小孔径孔隙,复合材料内部没有明显的裂纹及孔洞等缺陷存在。当陶瓷含量为30 vol.%时,ZrB2-SiC/ZL205A层状复合材料最大抗弯强度为477±9.5 MPa。随着陶瓷含量的增大,复合材料的断裂韧性降低,维氏硬度增大。对复合材料裂纹扩展路径和断口形貌的进行观察分析发现,ZrB2-SiC/ZL205A层状复合材料通过合金相的本征增韧以及多重外在增韧机制协同作用,在裂纹扩展过程中显示出优异的抗裂纹阻力。复合材料的最大裂纹扩展韧性KJC值达到了31.36±6 MPa·m1/2,最大断裂功为1430±43 J/m~2。探索了超声辅助熔渗工艺并成功制备了ZrB2-SiC/Zn5Al层状复合材料。通过延长施加超声的时间,熔融合金在大孔径层状孔隙中和陶瓷片层中的小孔径孔隙中的熔渗深度增大,复合材料的抗弯强度、断裂韧性和抗压强度也随之提高。由于较低的熔渗温度和较短的熔渗时间,复合材料中没有副产物的反应生成。超声辅助熔渗的主要机理为:通过较窄间隙内部强声空化和声致毛细作用改善合金与陶瓷间的润湿性,从而促进熔融合金向多孔陶瓷坯体中的熔渗和填充。