在不添加合金元素的情况下通过引入结构缺陷（如位错和界面等）来改善金属材料的综合性能具有重要意义，这是由于贵金属和稀土元素的逐渐耗尽，引入结构缺陷不仅能节约资源，而且使得金属再循环和再利用更容易。高密度低能孪晶界面的引入可以改善材料的性能，包括力学性能和物理化学性能。目前，在具有中低等层错能的fcc金属材料中，利用磁控溅射、电解沉积和塑性变形技术可以引入纳米尺度的孪晶，但前两种技术通常只能制各出薄膜状样品且制备方法复杂耗时，冈此，通过塑性变形可在块状样品中引入变形纳米孪晶，这在工程领域应用更具优势。利用液氮(LNT)动态塑性变形(DPD)技术，可以在中等层错能纯Cu(78 mJ/m2)中获得33 vol.％的纳米孪晶和45 vol.％孪晶束演化而成的纳米晶，从而使其屈服强度超过600 MPa以上。虽然与同等晶粒尺寸的纳米晶相比，纳米孪晶强度可能与之强度相当，但是纳米孪晶具有更优异的综合性能，包括回复退火后的塑性、导电性和热稳定性等。因此，在不添加合金元素和LNT-DPD条件下，如何在纯Cu引入更高密度的纳米孪晶具有重要意义，这是本论文工作的切入点和着眼点。　　晶体学取向对孪生的开动具有很大的影响，而鲜有研究者关注通过调整晶体学取向来获得高密度变形孪晶。基于此，本论文工作系统地研究了三向DPD加载多晶Cu和单向DPD加载不同晶体学取向的单晶Cu的微观结构和力学性能。重点分析了单晶中晶体学取向和孪晶体积分数的关系，然后选择最利于孪生的晶体学取向进行深入研究。同时，还研究了三向DPD加载制备的具有随机取向孪品束多晶Cu在室温轧制时的结构、织构以及力学性能的变化。具体实验过程为:采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)和X射线衍射(XRD)等结构表征技术研究LNT-DPD处理多晶Cu和单晶Cu微观结构和织构特征，利用维氏压痕和单向拉伸试验测试材料的力学性能。主要研究结果如下:　　1.液氮温度下三向DPD加载多晶Cu，10个变形循环后，总变形量为6.0，单方向累积应变为2.0，变形后多晶纯Cu的微观结构由随机分布的孪晶束(42 vol.％)和未演化完善的位错胞(58 vol.％)组成。其中平均孪晶/基体片层厚度为33 nm，等轴状位错胞的晶粒尺寸为305 nm。对平行于三个加载方向的变形样品分别进行单向拉伸测试，结果显示它们的抗拉强度都大致相等，约为550 MPa，但其均匀延伸率仅为～1％。　　2.对液氮温度下三向DPD加载多晶Cu进行不同变形量的室温轧制，变形使纳米孪晶被剪切形成纳米晶而导致结构粗化，与之相反，变形使位错胞细化，当轧制变形量增加到90％时，细小的纳米孪晶和粗大的位错胞分别演化成平均厚度108 nm的层片结构。单向拉伸实验显示三向DPD加载多晶Cu轧制后强度几乎不变，这说明了轧制过程中孪晶被剪切形成纳米晶而粗化导致的强度软化和位错胞结构细化导致的强度硬化相抵消。此外，轧制变形量为90％时，织构测试表明室温轧制的三向DPD加载多晶Cu中轧制织构的体积百分数低于粗晶Cu和超细晶Cu中轧制织构的体积百分数，这是由于随机分布的纳米孪晶束具有好的机械稳定性和取向稳定性，能够延缓晶体取向的旋转从而阻碍了轧制织构的形成。　　3.计算得到fcc金属在单向压缩(DPD)条件下所有晶体学取向的最大孪生施密特因子(mT)以及最大孪生施密特因子和最大滑移施密特因子的比值(mT/mS)，选取了六个不同取向的单晶Cu（[011]、[111]、[128]、[012]、[114]和[001]取向）在液氮温度下进行单向DPD处理，变形量约为1.0时，单晶Cu中孪晶体积分数在总体趋势上随着初始晶体学取向的mT/mS值增加而增加，最容易孪生的取向具有最大的mT/mS值(1.15)，而孪生体积分数与初始晶体学取向的mT值无关。通过建立mT/mS值和有效层错能γeff的关系式以及mT/mS值和相应的孪生临界剪应力τT关系式，计算得到γeff和τT在总体趋势上随着mT/mS增加而减少。这合理解释了单晶Cu中孪晶体积分数和mT/mS值的相关性。对于fcc金属，单向压缩条件下，mT/mS值范围为0.58-1.15，这与拉伸和轧制条件下的mT/mS值范围一致。实验观察也证明了在拉伸、轧制和压缩这三种应力状态，最容易孪生的取向都具有最大的mT/mS值(1.15)，这为通过晶体学取向设计制备高密度孪晶材料提供了一种新思路。　　4.[001]取向单晶Cu在单向压缩条件下是最容易孪生的取向，因此在液氮温度下对其进行单向DPD处理，变形后样品的微观结构演化和力学性能变化如下:　　(1)单向DPD处理的[001]取向单晶Cu有三个典型的结构演化阶段:A阶段（ε:0-0.3），位错胞形成;B阶段（ε:0.3-1.2），孪品快速增长;C阶段(ε:1.2-2.0)，剪切带形成。在A和B阶段，硬度值随着应变增加而增加，直到ε～1.2时随进一步增加的应变，硬度值下降。　　(2)小变形量(ε～1.2)时，单向DPD处理的[001]取向单晶Cu中可引入高达82vol.％孪晶密度。　　(3)由于单晶变形的各向异性，垂直于加载轴的截面变形后从圆形变成椭圆形。ε～1.2时，单向DPD处理[001]取向单晶Cu的强度呈现出各向异性，沿长轴方向(LD)和短轴方向(SD)拉伸的抗拉强度分别为562±18MPa和594±11MPa，这是由于沿LD拉伸激活的八套滑移系中有两套软模式的滑移系，而沿SD拉伸所激活的滑移系全为硬模式。　　(4)[001]取向单晶Cu(ε～1.2)的高强度主要来自于高达82 vol.％纳米孪晶。　　(5)ε～1.2时，单向DPD处理[001]取向单晶Cu中观察到了纳米晶和超细晶中有少量细小孪晶形成，孪晶/基体片层厚度随晶粒尺寸的降低而减小，这是由于纳米品和超细晶中孪生剪切应力高于单晶中的孪生应力。