Al/SiC纳米多层膜作为一种金属/陶瓷纳米多层膜,兼具金属和陶瓷的优势,具有良好的硬度、强度、韧性和耐磨性。然而,对于金属/陶瓷纳米多层膜的强韧化和断裂机制,有一些基本问题仍未得到解答。首先,虽然纳米多层膜在服役过程中变形行为具有潜在的各向异性,然而事实是纳米多层膜以微米级涂层形式的制造阻止了机械性能在平行于层厚方向的测量。其次,金属/陶瓷纳米多层膜作为一种耐磨涂层有一定潜力应用在航空航天领域,但是在高温下的蠕变性能知之甚少。最后,重大事故经常起源于结构内部的断裂破坏,对于金属/陶瓷纳米多层膜的断裂性能研究也十分必要。本论文通过微柱压缩、纳米压痕等新颖的微纳力学手段,与有限元模拟相结合,对10nm到100nm层厚区间内的Al/SiC纳米多层膜进行了一系列性能表征和机制探索,对于这些开放性问题给出了合理的解释。具体的研究内容如下:（1）与有限元模拟相结合,通过在垂直（90o）和平行（0o）方向上的微柱压缩,探讨了层厚和柱界两个因素对Al/SiC纳米多层膜力学各向异性的影响。结果表明,Al/SiC微柱表现出各向异性强化机制。在90o时,Al/SiC微柱的压缩强度随着层厚的减小而显著增加主要是由于SiC层施加的约束作用。此外,界面的波动性对纳米多层膜在这个方向上的力学性能影响很小。在0o时,由于界面波动有助于剪切带的形成,强化效果明显减弱。并且,有限元模拟得到的0o时含柱界微柱的抗压强度与平直界面相比要小得多。测得的0o方向微柱的抗压强度表现出反向的“尺寸效应”,这可以用较厚的SiC层具有更高的屈曲临界载荷来解释。（2）蠕变作为评价持久应力下抗变形能力的力学性能之一,在金属/陶瓷纳米多层膜的应用中极为重要。本工作通过纳米压痕法研究了层厚为10nm和100nm的Al/SiC纳米复合材料在25℃～150℃温度范围内的蠕变行为。研究发现,层厚为100 nm的纳米多层膜的应力指数随着温度的升高而增大。在有限元模拟的基础上,通过逆向工程得到Al的应力指数,表明蠕变机理由位错-晶界相互作用转变为Coble蠕变。相反,层厚为10nm的纳米多层膜表现出与温度无关的蠕变行为。这是由压头下面的Al和SiC层的共变形所导致的,在整个温度范围内共变形机制均占主导地位。所有这些结论都被透射电子显微镜图像、活化能和活化体积的分析进一步证实。（3）在纳米压痕的应用中,弹性模量和硬度值是最常用的实验数据,Oliver和Pharr假设材料在纳米压痕卸载过程中只发生弹性形变,通过计算卸载曲线的斜率得到弹性模量,硬度则由最大加载载荷和残余变形面积求出。然而,通过SEM观察压痕的断面图发现,Al/SiC纳米多层膜在纳米压痕实验过程中存在明显的界面破坏,这种破坏可能会对纳米压痕衍生的模量及硬度产生影响。在本研究中,使用非线性有限元软件模拟了金属/陶瓷界面从出现初始损伤到裂纹完全扩展、界面脱粘的全过程。借助数值模拟,改变界面的法向和切向结合强度以及界面能量释放率,获取不同层界面性质下的模量和硬度,与完美界面的云图比较,研究了界面破坏对Al/SiC纳米多层膜压痕衍生的模量和硬度的影响。