颗粒增强铝基复合材料因具有高的比强度和比刚度、良好的热稳定性、耐磨性和较低的热膨胀系数等优异性能被广泛应用在航空、航天和交通等领域。但是,颗粒增强铝基复合材料存在强度和塑性矛盾的问题,即提高强度的同时会带来塑性的严重降低,限制了其更广泛的应用。一些研究表明,具有非均匀结构的金属基复合材料具有良好的强塑性匹配关系,在提高材料强度的同时依然能保持良好的塑性。但是对非均匀结构Al₂O₃颗粒增强铝基复合材料的制备及力学性能的研究还不够深入。本文采用粉末冶金工艺制备出具有非均匀结构的Al-Al₂O₃复合材料,分别研究了球磨时间、挤出比和体积分数对Al-Al₂O₃非均匀复合材料微观结构和力学性能的影响,并且对非均匀复合材料的失效机理、增韧机理和增强机理进行了分析。主要工作如下:1.研究了不同球磨时间的Al-5%Al₂O₃复合粉体（Al₂O₃体积分数为5%）的尺寸、形貌和物相组成。结果表明:复合粉体的尺寸随着球磨时间的增加先减小后趋于稳定,在球磨时间为15 h时,复合粉体的尺寸和形貌达到稳定;XRD结果显示不同球磨时间的复合粉体中除少量Al₄C₃相外,无其余杂质相。2.采用粉末冶金结合热挤出工艺制备出致密的Al-Al₂O₃非均匀复合材料,分别对热挤出前后的样品进行了表征。结果显示:Al-Al₂O₃复合材料的微观结构是由软相（纯铝）和硬相（纯铝和Al₂O₃颗粒复合）组成的非均匀结构,其中软相被硬相包裹;复合材料中的软相经过热挤出后被拉长,材料变为片状结构。3.研究了热挤出前不同球磨时间的Al-5%Al₂O₃非均匀复合材料的微观结构和常温准静态压缩性能。结果显示:软相的含量和尺寸随球磨时间的增加先减小后稳定,在球磨时间为15 h时达到稳定;随着球磨时间的增加,复合材料的屈服强度和抗压强度增加,但其失效应变降低。4.研究了热挤出后球磨时间和挤出比对Al-5%Al₂O₃非均匀复合材料的微观结构和常温拉伸性能的影响。结果显示:随着球磨时间的增加,复合材料的软相含量明显减小,复合材料的屈服强度和抗拉强度增加,但其失效应变降低;随着挤出比的增加,软相变形量加大,软相的长度和长径比均出现增加,宽度降低,复合材料的屈服强度和抗拉强度先增大后减小,失效应变降低。5.对球磨20h的Al-5%Al₂O₃非均匀复合材料进行压缩失效分析、动态压缩测试和拉伸失效分析。结果表明:在准静态压缩变形过程中,Al-Al₂O₃非均匀复合材料表面会产生弥散分布的微裂纹,通过软相形变降低应变局域化和阻碍微裂纹扩展等方式达到增韧效果;在动态压缩变形过程中,Al-Al₂O₃非均匀复合材料会产生局域的热熔化现象,使得材料应变增加;在拉伸变形过程中,Al-Al₂O₃非均匀复合材料产生弥散分布的变形带增加材料的失效应变。6.研究了不同体积分数的Al-Al₂O₃非均匀复合材料的微观结构、压缩性能和拉伸性能,并对其增强机理进行了分析。结果表明:随着体积分数的增加,复合材料的屈服强度、抗压强度和抗拉强度均出现增加,但其压缩和拉伸应变均降低;Al-Al₂O₃非均匀复合材料的增强机制主要为热失配强化、细晶强化和Orowan强化。