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铝基复合材料具有轻量化、高强度、高模量、高导热、低膨胀、耐热耐磨、阻尼减振、辐射屏蔽等特性,广泛应用于航空航天、电子封装、交通运输、能源环境等领域。碳纳米管（CNTs）具有独特的结构、超强的力学性能、稳定的化学性能、优异的热性能、独特的导电特性,是制备铝基复合材料的理想增强体。但前人的研究发现,CNTs在Al基体中容易分散不均,导致复合材料的强度和韧性不能大幅提高,且塑性加工存在一定困难。目前对CNTs/Al-Cu复合材料的研究主要集中在材料制备及力学性能上,而对其组织演变规律及相界面结构特征、组织调控及强化机理、物理性能及耐腐蚀性能等方面研究较少。本文采用放电等离子烧结技术和片状粉末冶金法制备CNTs/Al-Cu复合材料,系统研究了烧结温度和挤压变形、CNTs含量、微观组织及界面结构、固溶及时效热处理对复合材料性能的影响规律,进而研究了复合材料的热变形行为,构建了热加工图及本构方程。主要研究内容和实验结果如下:（1）系统研究了烧结温度、挤压变形、CNTs含量、热处理对CNTs/Al-Cu复合材料力学性能、物理性能和耐腐蚀性能的影响,并采用透射电镜（TEM）、电子背散射衍射（EBSD）及X射线衍射（XRD）手段,结合微观组织结构演变规律探讨了材料性能变化的原因。结果表明,经过500℃、550℃和600℃放电离子烧结后,CNTs/Al-Cu复合材料的抗拉强度、延伸率、耐腐蚀性能、电导率和热导率随着烧结温度的增加而提高;挤压变形提高了抗拉强度、延伸率、电导率、热导率和耐腐蚀性能。增加CNTs含量及固溶时效可提高材料的抗拉强度和硬度;添加CNTs细化了基体晶粒,增加形核位置,缩短了峰时效时间;但因CNTs和Al反应形成Al4C3相,基体形成纳米片层结构,导致增加CNTs含量使复合材料的电导率和热导率降低。（2）利用高分辨透射电镜（HRTEM）深入表征分析了CNTs/Al-Cu复合材料中增强相与Al基体的界面结构特性。结果表明,调节烧结温度可调控复合材料的相界面结构,烧结温度为500℃时,CNTs与Al基体直接机械结合;温度增加到550℃时,界面出现非晶层;温度为600℃时,界面形成Al4C3相。非晶层与Al4C3相的形成有助于增强CNTs与Al基体的结合力,有利于载荷通过界面从基体传递给CNTs,提高材料的力学性能。高温烧结容易导致球磨过程产生的断裂CNTs与基体Al反应并快速生成单晶Al4C3相,Al4C3和Al界面形成共格或半共格结构,并存在两种取向关系:Al（111）//Al4C3（001）和Al（200）//Al4C3（001）。（3）采用片状粉末冶金法成功制备了具有多种类型纳米强化相（CNTs、Al4C3、Al2O3）协同增强的CNTs/Al-Cu复合材料,基体具有仿生纳米片层结构,纳米强化相在基体中分布均匀,界面结合良好。CNTs/Al-Cu复合材料中存在位错强化、细晶强化、第二相强化和载荷传递几种强化机制并协调作用。相比放电等离子体烧结方法,片状粉末冶金法制备的CNTs/Al-Cu复合材料的形变储能更高,因而促进了更多的Al4C3相形成。（4）采用第一性原理计算了CNTs/Al-Cu复合材料强化相的结合能、力学性能、热力学性能,以及强化相与基体的界面稳定性。研究发现,与Al2Cu相比,Al4C3的刚度、硬度较高,稳定性、抗剪切能力、导热能力较强,但塑性和导电性能较差。随着计算模型中设置压力的增大,Al4C3和Al2Cu的体积模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比、硬度、德拜温度、熔点和导热系数都随之增高。（5）对片状粉末冶金法制备的烧结态CNTs/Al-Cu复合材料、挤压态Al-Cu合金、挤压态CNTs/Al-Cu复合材料进行了一系列压缩热模拟实验,研究了热变形过程中流变应力与应变速率、变形温度之间的内在关系,推导了本构方程并构建了热加工图,对比分析了添加CNTs和挤压变形对热变形行为的影响规律。结果表明,基体合金和复合材料的应力-应变曲线都呈现出明显的动态软化特征。在特定变形温度下,流变应力随着变形速率的增加而增高;在特定的变形速率下,流变应力随着变形温度的增加而降低。计算表明,添加CNTs提高了合金的热变形激活能并缩小了流变失稳区。当应变为0.6时,烧结态CNTs/Al-Cu复合材料适宜的加工区域为375-425℃,0.4-10 s-1和525-550℃,0.02-10 s-1;挤压态Al-Cu合金适宜的加工区域为300-350℃,0.01-0.13 s-1,400-440℃,4.5-10 s-1和530-550℃,0.05-0.6s-1;挤压态CNTs/Al-Cu复合材料适宜的加工区域为300-330℃,0.03-0.82 s-1,400-440℃,4.5-10 s-1和540-550℃,0.001-0.6 s-1。