集成电路引线框架、高铁架空导线要求铜基金属材料不仅具有高强度,还要兼备良好的塑韧性和导电导热性能。复合化途径引入高性能增强体,弥补基体性能的不足,是实现铜基材料综合性能提升的重要手段。石墨烯强度高,密度小,导电导热性能优良是实现结构功能一体化铜基复合材料的理想增强体。本论文以提高石墨烯增强铜基复合材料（Graphene-reinforced copper matrix composites,GCCs）的力学性能并保持良好导电导热性能为目的,围绕GCCs领域石墨烯-铜界面改性与石墨烯的分布控制两个重要问题开展研究,主要研究内容如下:（1）从界面结构设计的研究思路出发,利用化学气相沉积工艺（Chemical Vapor Deposition,CVD）在石墨烯上负载纳米金属钨颗粒和铜颗粒,通过热压烧结工艺构筑了石墨烯-碳化钨-铜界面结构,获得了石墨烯-碳化钨协同增强的铜基复合材料。研究了钨和碳的反应热力学以及碳化钨的晶体稳定性,探讨了复合材料的微观结构与力学性能之间的关系,并揭示了复合材料的增强机制。结果表明:碳向钨的体扩散控制γ-WC1-X的合成;低碳含量的面心立方碳化钨晶型最稳定;热压烧结温度可控制钨和碳的反应,进而可调控复合材料的微观结构;碳化钨桥接石墨烯-铜界面,提高了石墨烯载荷传递贡献;部分碳化钨纳米颗粒分散于铜晶粒的内部,发挥了奥罗万强化,进而实现了协同强化效果。（2）从空间构型设计的研究思路出发,以片状铜粉为模板,原位构筑了具有叠层网络构型的GCCs。利用碳包覆片状铜粉结合CVD原位生长石墨烯,后通过热压烧结和热轧工艺在铜基体内构筑了呈叠层网络结构分布的石墨烯。研究了片状铜粉尺寸、热压烧结温度和热轧工艺压力、温度等参数对复合材料微观结构的影响,探讨了复合材料的导电性能、力学性能的影响因素,并初步研究了其强化机制。结果表明:热压烧结和热轧工艺可提高石墨烯的结晶性,并能优化其叠层网络结构,且热轧工艺还可减小石墨烯的横向尺寸;复合材料的晶界数量和石墨烯尺寸对其导电率有较大影响;具有石墨烯含量为0.6 wt.%的1μm铜粉基体复合材料的屈服强度和抗拉强度较纯铜分别提高78%和38%;其强度提高的主要原因是具有叠层网络结构分布的石墨烯与铜基体较大的接触面积有效提高了石墨烯的载荷传递机制。