本文旨在构建具有层状结构的碳纳米管铜基复合材料,对显微组织、力学性能以及强韧化机制进行探索。采用电泳沉积在不同厚度铜箔表面构建纳米尺度的碳纳米管层,经热压得到层状碳纳米管铜基复合材料,并通过轧制对碳纳米管铜基复合材料的层状结构参数进行调控。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、EBSD、XRD以及原位拉伸结合数字图像关联技术(DIC)研究了纯铜及不同结构参数层状复合材料的显微组织、力学性能以及塑性变形过程中的应变分布演化,分析了层状结构对于材料显微组织的影响,揭示了复合材料的强韧化机制。研究了电泳沉积在铜箔表面沉积碳纳米管构建层状结构基元的工艺。原始碳纳米管团聚严重,对碳纳米管进行表面酸化处理引入官能团,改善其在电泳液中的分散是通过电泳沉积构建层状结构基元的重要前提。直接利用碳纳米管表面的含氧官能团所带负电荷的作用在酒精丙酮混合液中进行阳极电泳,不同沉积时间条件下,铜箔表面均未观察到大量碳纳米管。添加硝酸铝颗粒使碳纳米管向阴极电泳,硝酸铝含量较低时,碳纳米管可以在铜箔表面沉积,但是呈现明显的碳纳米管贫瘠区与富集区。增加硝酸铝含量,不同沉积时间条件下铜箔表面碳纳米管均呈现均匀分布,缩短时间或是降低电压,碳纳米管含量降低。增加碳纳米管的浓度,保持碳纳米管和硝酸铝的比例,短时间沉积则无法形成碳纳米管均匀分布。最终探索出碳纳米管和硝酸铝的最佳浓度为0.017和0.033mg/ml,沉积电压为30V。采用异丙醇作电泳液,同样可以在铜箔表面形成均匀分散的碳纳米管。因为异丙醇粘度增加,沉积相同含量碳纳米管所需时间明显延长。改变电泳沉积参数,可以实现铜箔表面碳纳米管层的结构调控,电泳沉积构建得到的结构基元是后续制备层状碳纳米管铜基复合材料的关键。热压可以实现层状结构基元的复合,制备得到层状碳纳米管铜基复合材料。对铜箔厚度为50μm,表面沉积不同含量碳纳米管所得结构基元热压得到的复合材料进行力学性能测试。碳纳米管含量增加,复合材料的屈服强度逐渐增加,但是延伸率逐渐降低,层状复合材料的断裂形式由纯铜的韧性断裂逐渐转变为明显的片层之间的撕裂。根据复合材料强度提升同时延伸率的变化,固定60s为沉积时长。通过轧制变形改善层间界面结合,同时对单一层内组织进行调控。控制总变形量60%不变,铜层厚为20μm,不同轧制工艺下,相比较于纯铜,层状复合材料均表现出同时提升的强度与延伸率。增加道次变形量并缩短道次间退火时间,复合材料层内组织细化,屈服强度由183MPa进一步提升至212MPa。增加轧制总变形量,层间碳纳米管数量减少以及片层之间的相互扩散结合导致层状结构逐渐消失。保持沉积时间不变,改变铜箔厚度为30和100μm,对热压得到的层状复合材料进行轧制,层状复合材料内铜层厚度分别为10和37μm。铜层厚度为10μm时,材料的强度与延伸率分别提升至225MPa和32.7%。铜层厚度增加,复合材料在强度提升的同时,延伸率反而下降。层状结构参数对复合材料的强韧性有重要影响。结合力学性能测试结果和屈服强度理论计算,热错配引起的位错强化为主要强化形式。利用原位拉伸配合DIC可以对材料塑性变形过程中的应变分布演化进行观察,分析层状结构的韧化机制。铜层厚度为37μm时,复合材料拉伸变形过程中应变集中而使材料快速颈缩。对塑性变形后复合材料RD-ND面进行观察,其表面存在明显的变形与未变形区域,相邻晶粒之间的应力集中诱发裂纹萌生,较少的层间界面对裂纹扩展抑制作用减小,材料塑性降低。铜层厚度减小,层状复合材料在拉伸塑性变形过程中应变的分布较纯铜更加均匀,应变集中被抑制而延缓了材料颈缩,同时层间界面增加了对裂纹扩展的阻碍作用而延长了其扩展路径。对铜层厚度为20μm复合材料及对应纯铜材料进行中子衍射测试,分析拉伸塑性变形过程中材料的晶格应变信息。纯铜的{111}晶面族晶格应变出现下降的现象,对应在其表面观察到的孪生变形的特征。与之不同的是,在此厚度下,层状结构增加了铜层的塑性变形能力,复合材料中晶格应变逐渐上升,材料的塑性变形过程以滑移为主。