铝基复合材料具有密度低、尺寸稳定、比强度高、耐腐蚀性强、高温性能好等优点,在各工业领域具有广泛应用前景,是当前金属基复合材料研究开发的重点。碳纳米管(CNTs)管径小、长径比大、物理和化学性能优异,是复合材料的理想增强相,也成为新型铝基复合材料开发和CNTs应用研究的热点。但传统粉末冶金法机械混合或铸造法机械搅拌制备的CNTs/Al基复合材料存在CNTs团聚、破损和界面污染等问题,因此,开发新型复合材料制备工艺并研究相关的组织、性能是推动该材料应用的关键。本文采用原位合成工艺制备了CNTs增强铝基复合材料,即在铝基体中原位合成CNTs增强相基础上,对复合粉末中CNTs的结晶程度、氧化稳定性及不同结构CNTs-Al的异质界面结合特征进行研究,并对CNTs原位增强铝基复合材料的制备工艺、组织、性能和强化机制进行探讨。本文首次对Fe、Co、Ni催化剂在铝基体上低温化学气相沉积(CVD)合成CNTs的可行性和合成效果进行系统研究;在优选催化剂类型基础上,对金属铝与传统Al2O3陶瓷基体的CNTs合成效果进行了对比分析,并探讨了合成条件对CNTs形态、结构、结晶程度等的影响。结果表明:不同含量Ni催化剂都能够在铝基体上CVD稳定合成产率高、形态良好、晶化程度高的CNTs,但Fe/Al、Co/Al催化剂的CNTs原位合成效果不佳,即Ni是铝基体上CNTs原位合成的最佳催化剂类型;与Al2O3陶瓷基体相比,金属Al基体具有抑制Ni催化剂颗粒团聚的作用,可实现CNTs低温高产率的稳定合成;本实验条件下,600℃时Ni催化剂合成的CNTs结构和形态较好,是CNTs/Al复合粉末合成的最佳温度。对不同条件合成CNTs的氧化稳定性、结晶程度、界面反应程度进行了对比,发现了不同温度条件下可获得鱼骨状和管状结构的CNTs,探讨了鱼骨状和管状CNTs-Al异质界面的结构特征,并从固相反应热力学和动力学角度分析了Al4C3的形成机理和不同类型CNTs-Al界面反应差异的原因。对CNTs的氧化稳定性研究表明,Ni含量可对CNTs管径、结构缺陷和氧化稳定性产生作用从而影响其热稳定性,Ni含量越高,CNTs稳定性越差,因此,CNTs/Al原位复合粉末制备过程中应控制Ni含量在较低范围。对CNTs-Al界面结构的研究表明,低温合成的鱼骨状CNTs结晶程度低、结构缺陷多、化学稳定性差,导致鱼骨状CNTs-Al之间出现Al4C3脆性界面反应层;较高温度合成管状CNTs的石墨基面结构及较高的结晶程度使其具有良好化学稳定性,可与铝基体形成无不良界面反应的直接结合型界面。本文对合成的复合粉末采用粉末冶金法制备了CNTs/Al基复合材料,分别研究了冷压-烧结-复压和冷压-烧结-热挤压两种工艺对该复合材料物理和力学性能的影响,对其微观组织结构进行了深入分析并探讨了该复合材料的强化机制。物理性能方面,与纯铝相比,CNTs原位增强铝基复合材料在密度、热膨胀系数、抗软化温度方面具有明显优势,但过高的CNTs含量对复合材料致密度、高温稳定性有不利影响。力学性能方面,随CNTs含量升高,CNTs对铝基体强化作用先升后降,0.5wt%CNTs/Al基复合材料的硬度、弹性模量、抗拉强度等综合力学性能较佳,这是载荷传递、位错强化、弥散强化等强化机制综合作用的结果,但其强度提高的同时,塑性降低。此外,热挤压变形具有减少孔隙、改变铝基体晶粒取向、实现CNTs弥散分布等优点,使CNTs/Al基复合材料具有较好的综合物理和力学性能,是该新型复合材料制备的较佳工艺。