碳纳米管铜基复合材料因增强相CNTs在理论上表现出优异的力学、电学和热学等特性而受到研究者的广泛关注。然而,由于以下问题:(1)CNTs-Cu界面润湿性差;(2)CNTs易团聚,不易分散;(3)CNTs自身缺陷会大幅降低CNTs电导率。已有研究结果表明CNT/Cu复合材料的力学和电学性能远远低于它的理论预期值。因此,提高CNT/Cu复合材料力学和电学性能已成为本领域亟待解决的问题。由于SPS烧结工艺有望获得精细的组织和结构、改善界面结合性能的特点,本论文使用SPS制备CNT/Cu复合材料。首先从CNTs表面刻蚀与制备工艺角度出发,分别研究了它们对复合材料组织和性能的关系。其次,研究了 CNTs表面包覆对复合材料组织和性能的关系。最后,分别探讨了 CNT/Cu复合材料强化机制和导电机制。通过上述研究,得出以下主要研究结果:1.湿混吸附-球磨工艺有效兼顾CNTs分散性和结构完整性,与湿混工艺相比该方法制备的CNT(2.5vol.%)/Cu复合材料具备高的抗拉强度(280 MPa)、优异的延伸率(41.7%)和良好的电导率(53.1 MS/m),抗拉强度、延伸率分别提高17.6%、230%。2.使用刻蚀时间不同的CNTs在湿混吸附工艺(wet mixing)下利用刻蚀CNTs的静电斥力减弱 CNTs 的范德华力,制备出 CNTs 分散效果不同的CNT(2.5vol.%)/Cu复合粉末,湿混吸附工艺下刻蚀CNTs的分散性随刻蚀时间延长而改善。通过测试试样的电导率发现:随CNTs分散性改善,CNT/Cu复合材料电导率由54.2±0.986 MS/m逐渐降低至52.47±1.97 MS/m,说明本实验条件下CNTs分散性对CNT/Cu复合材料电导率存在消极影响。3.利用SPS烧结时间短的特点制备CNT@PDA(1.25vol.%;)/Cu复合材料,探讨烧结温度对界面过渡层PDA以及复合材料组织和性能的影响。烧结温度为450℃时,PDA对CNT/Cu复合材料力学性能的改善最显著,与未引入PDA的试样相比,抗拉强度提高18%(275.6±7.7 MPa),屈服强度提高29.1%(271.3±2.6 MPa),延伸率提高146%(9.6±3.2%)。随烧结温度升高,抗拉强度和屈服强度逐渐降低。在烧结温度450-550℃范围内,延伸率随烧结温度而升高。烧结温度超过600℃时,CNT@PDA/Cu试样抗拉强度、屈服强度、延伸率和电导率均大幅下滑,并低于未引入PDA的试样,且随烧结温度继续升高,差异继续扩大。由此可见,低烧结温度时PDA黏附于CNTs表面的附着力,PDA与基体Cu形成的螯合键,可改善CNTs与Cu之间界面结合能力,继而提高抗拉强度、屈服强度和延伸率。烧结温度升高,PDA发生碳化,结构遭受破坏,转变为无机碳,不再具备改善界面能力。因无机碳的存在,材料受力时碳化物易在界面产生微裂纹,导致界面分离,降低界面结合性能,力学和电学性能随之大幅降低。4.通过探讨湿混吸附-球磨试样强化机制,发现该试样强化主要由Orowan强化、热失配强化和载荷传递三部分组成,载荷传递机制的影响效果依次大于热失配强化和Orowan强化,且理论计算的强化值与实验值大致相符,说明均匀分散且结构良好的CNTs有利于阻碍位错运动,且载荷通过CNTs在基体间传递,从而获得高的力学性能。比较试样拉伸前后位错密度结果,发现湿混吸附-球磨试样位错密度最高,说明试样加工硬化阶段发生明显的位错塞积,且均匀分散的CNTs有利于阻碍位错滑移面发生滑动,甚至改变滑移方向,因而获得优异的延伸率。5.依据复合材料混合定律(rule of mixtures)结合微观物理导电机制提出一种CNT/Cu复合材料电导率数学模型σc=σCNTsVCNTs+(1-VCNTs)/ρpc+ρdis+ρint。使用该公式推测出以下结果:(1)CNTs电导率数值的变化不会对CNT/Cu复合材料整体电导率产生大的影响,基体材料才是影响CNT/Cu复合材料电导率的关键因素。(2)从理论上证实改善CNTs-Cu界面结合性是一种有效提高CNT/Cu复合材料电导率的方法,为后续实验提供参考。