细丝纤维叠层穿刺结构具有不易分层、可设计性好的特点,且较其它三维编织结构更易编织成复杂异形件、薄壁件及T型件,可进一步满足三维编织复合材料在复杂构件上的需求,是一类应用广泛的重要三维编织结构。而基于真空气压浸渗法制备的叠层穿刺结构Cf/ZL301复合材料具有高比强度、高比模量及优良的抗损伤性、抗疲劳性、耐高温性等优点,在航空航天等对构件质量要求苛刻的高技术领域具有非常大的应用前景。但目前存在制备过程中因纤维与基体之间热膨胀系数的巨大差异而导致复合材料内部产生较大热残余应力及浸渗孔隙缺陷等问题,直接影响到该复合材料的性能和稳定性。探索合适的三维编织复合材料后处理方法是目前亟待解决的关键技术之一。退火为一种较常规的后处理方式,多用来改善钢材及有色金属的组织和去除残余应力。而深冷处理作为一种有效、环保、易操作、低成本的新型材料改性后处理技术,可视为传统热处理技术的一种补充,已经被较多的用来改善金属材料的微观组织及提高各项性能指标,但在复合材料的应用领域较少。本文以ZL301合金为基体,叠层穿刺作为细丝碳纤维M40J的预制体结构,采用真空气压浸渗法制备叠层穿刺结构Cf/ZL301复合材料,对复合材料进行深冷、退火及深冷+退火的后处理实验,并对铸态及经后处理的复合材料进行热残余应力、微观组织、致密度、界面结合强度及拉伸性能进行测试表征,及在此基础上初步探讨分析其作用机理。得到以下主要结论:（1）单次深冷处理对叠层穿刺结构Cf/ZL301复合材料的致密度有着较明显的影响,其中深冷保温时间12h的致密度最大为97.6%,相较于铸态下的94.2%提高了3.7%;退火处理对复合材料的致密度影响较小;而多次的深冷循环和深冷+退火组合处理工艺则弱化了单次深冷提高致密度的效果,其中以5次的深冷循环和先退火后深冷处理弱化最明显,相较单次深冷分别下降了2.9%、3.6%。（2）单次深冷处理显著降低了复合材料基体的热残余应力,且随深冷保温时间的延长,残余应力呈现先降后增的趋势,经深冷保温24h的残余应力释放效果最好,较铸态下+313MPa的残余应力下降至-21MPa;而通过增加深冷循环次数则会使残余压应力不断提高。（3）深冷处理促使复合材料基体Al合金晶格常数和衍射主峰的改变;铸态下叠层穿刺Cf/ZL301复合材料中基体合金Al的晶格常数为0.408354nm,衍射峰主峰在38.5°、44.2°、64.2°、77.5°位置,经深冷处理后主峰位置不变化,而晶格常数发生变化,其中经保温6h、12h深冷处理后,晶格常数变小为0.407719nm、0.406448nm,保温48h晶格常数变大为0.408513nm。（4）纤维SEM分析发现:纤维深冷处理后较纤维原丝的表面变粗糙;而复合材料的TEM发现:较铸态下存在的位错之间互相缠绕,界面区域无亚晶组织,经3次循环深冷处理后复合材料的位错密度大幅提高,且位错缠绕交割更严重,界面处出现了明显的亚晶组织;另外,对增强纤维、ZL301合金的深冷处理实验发现,即使在复合材料深冷处理最优工艺参数下,其力学性能改善也非常有限。（5）初步探讨了退火和深冷处理对复合材料界面结合强度的影响,实验发现:退火处理降低了复合材料的界面结合强度,单次深冷则提高了复合材料的界面强度;具体表现为铸态单向横向拉伸强度为15.6MPa,经退火处理后降为9.3MPa,经深冷保温12h后提高至20.6MPa。（6）单次深冷处理显著提高了叠层穿刺结构Cf/ZL301复合材料的拉伸强度,而弹性模量改善有限;其中,拉伸强度在深冷保温12h的提高幅度最大,达到676MPa,较铸态下的559MPa,提高20.9%;而弹性模量是深冷保温36h的提高幅度最大,达到132GPa,较铸态下的125GPa,仅提高5.6%;适当的循环深冷处理可在单次深冷基础上进一步提高复合材料的拉伸强度和弹性模量,其中3、7、9次的循环次数均使拉伸强度提升至700MPa以上,弹性模量提升至135GPa以上,是一种非常有效的复合材料后处理方式;退火处理则会降低复合材料的拉伸强度和弹性模量;深冷+退火工艺对复合材料的拉伸强度与单次深冷处理效果一样,而处理顺序却显著影响其弹性模量。（7）叠层穿刺结构Cf/ZL301复合材料深冷处理后力学性能提高的原因可归结于:致密度提高、位错和亚晶强化、基体合金Al的择优取向、热残余应力的释放及界面结合强度的提高。其中复合材料单次深冷的强化机理主要以致密度提高、热残余应力的释放及界面结合强度提高为主,而复合材料多次的深冷循环强化机理主要以位错和亚晶强化为主。