铝基复合材料（AMC）具有比强度和比模量高、热稳定性好、导热性优良等特点,广泛应用于航空航天、发动机制造、精密仪器等领域。晶须增强AMC兼具高强度和良好的加工性,显示出独特的应用前景。目前制备晶须增强AMC的方法主要是外加法,该方法存在晶须难分散、界面结合差、易发生界面反应、晶须结构易破坏等问题。而在基体中原位合成晶须不仅能够避免这些问题,而且可以通过结构设计实现在提升强度的同时保持足够韧性。因此开发适用于铝基体的原位制备体系,实现晶须在铝基体中原位生长,对获得高性能的晶须增强铝基复合材料具有重要意义。本研究以铝粉、镁粉和硼粉/硼酸为原料,采用粉末冶金工艺实现了铝基体中硼化物晶须的原位生长,制备了MgAlB4晶须增强AMC和MgAl2O4颗粒与MgAlB4纳米棒复合增强AMC。通过实验和密度泛函理论（DFT）计算对MgAlB4晶体结构、晶须生长机制、本征性质、取向关系与界面结构、复合材料的力学性能与强化机制等进行了系统研究。通过成分分析、结构精修、结构表征等对晶须的晶体学特征与形成机制进行了研究。结果表明:硼化物晶须为沿[0001]晶向伸长并以层状方式生长的六方晶系MgAlB4单晶。镁元素比例和合成温度是控制晶须形成的关键因素,镁元素的添加导致硼化物获得沿[0001]晶向的生长优势,而温度则为固态反应提供了必要条件。微量铁元素在{101（？）0}表面的偏聚导致粗大晶须中出现大量平行于{101（？）0}晶面族的面缺陷。降低烧结温度或提高镁元素含量可抑制面缺陷的形成。通过DFT计算对比研究了MgAlB4与MgB2和AlB2的稳定性、电子结构和力学性能。结果表明:3种化合物都具有金属导电性,在热力学和动力学上稳定存在。硼原子间通过共价键结合,硼原子层与金属原子层通过金属键结合。B-B键的强度顺序为Al B2>MgAlB4>MgB2,MgAlB4中Al-B键的强度大于AlB2,MgB键的强度小于MgB2。除了[0001]晶向的拉伸强度外,MgAlB4的力学性能略低于AlB2。MgAlB4晶须的拉伸强度和杨氏模量计算值分别为25.5 GPa和380 GPa,是理想的AMC增强体。通过对复合材料力学性能测试、组织结构分析、断口分析、取向关系与界面结构表征等研究了复合材料的性能、取向关系多样性及对应的界面结构、强化与断裂机制。结果表明:晶须可以显著提高复合材料的力学性能,细化晶粒,同时保留更多小角度晶界。MgAlB4晶须依附于铝基体的密排面或近密排面形核并生长,即使晶面的错配度很大,形核与生长依然可以进行,这导致取向关系多样性。已知取向关系下MgAlB4晶须与铝基体通过共格或半共格界面结合。强界面结合导致晶须先于基体断裂。复合材料强度的提高是细晶强化、Orowan强化和荷载传递共同作用的结果,其中荷载传递作用占据主导地位。以硼酸为硼源和氧源通过球磨-热压-热挤压工艺制备了MgAl2O4颗粒和MgAlB4纳米棒复合增强AMC。通过微观结构表征、DFT计算和力学性能测试对材料的微观结构和力学性能进行了研究。结果表明:通过热挤压处理可以获得颗粒与晶须在晶内和晶界分布的结构,同时获得细小晶粒。增强体与基体通过形成共格界面或重合位置点阵界面,实现化学键结合。与纯铝相比,含20 wt.%增强体的复合材料的抗拉强度达到528 MPa,比强度达到1.87×105 Nm/kg,分别提高了303%和286%,同时保持6.1%的延伸率。本研究实现了铝基体中硼化物晶须的原位生长,解决了晶须增强AMC中存在的增强体难分散、界面结合差等问题,初步建立了以原位合成MgAlB4晶须为基础的新型AMC体系,为高性能AMC制备提供了新的思路。