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多层薄膜不仅是现代微/纳米设备中的基本构成单元，而且多层结构也是一些生物材料和某些工程合金组织中共有的典型特征。当多层膜中组元层的厚度从微米减小到纳米尺度以及组元层界面结构变化时，材料往往表现出奇异的力学性能。深入研究组元层尺度和界面结构对多层膜力学行为的影响不仅对于澄清多层膜强化与塑性变形的基本机制具有重要的理论意义，且对于高性能层状材料与工程合金的发展具有实际意义。本文工作设计并制备了由三种组元组成的多界面Cu/Ni/W多层膜材料，通过微/纳米压痕变形和弯曲断裂等实验方法，结合高分辨电镜观察，系统地研究了材料尺度和界面对多层膜的强化、变形和断裂行为的作用规律及相关物理机制。主要研究内容包括： ⑴采用磁控溅射方法在单晶Si和聚酰亚胺基体上分别溅射沉积了单层厚度从5nm到300 nm的五组Cu/Ni/W多层膜。微观结构表征与分析表明，Cu/Ni/W多层膜中晶粒呈柱状晶结构，其中Cu层中的晶粒尺寸正比于单层厚度，而Ni和W层中的晶粒尺寸约为30 nm，随单层厚度没有明显的变化。FCC结构的Cu层和Ni层之间形成的Cu/Ni界面取向关系为{111}Cu//{111}Ni，<110>Cu//<110>Ni。FCC结构的Cu层和Ni层与BCC结构的W层之间均形成了两种取向关系界面，分别为{111}fcc//{110}bcc，<110>fcc//<111>bcc的Kurdjumov-Sach取向关系界面和{111)fcc//{110}bcc，<110>fcc//<100>bcc的Nishiyama-Wasserman取向关系界面。 ⑵纳米压痕实验表明，Cu/Ni/W多层膜的强度随着组元层单层厚度的减小而逐渐升高。当组元层单层厚度在300至30 nm范围内时，Cu/Ni/W多层膜的强度和单层厚度间满足经典的Hall-Petch关系;当单层厚度减小至5 nm时，强度偏离Hall-Petch关系。相同单层厚度下，三组元Cu/Ni/W多层膜的强度和Hall-Petch斜率均高于二组元Cu-X多层膜的强度，Cu/Ni/W多层膜的界面强化能力最强。三组元Cu/Ni/W与二组元Cu-X多层膜界面障碍强度的对比表明，对具有较低层错能或者较小弹性模量的硬组元层的一些多层膜来说，其界面障碍强度主要来源于弹性模量失配和点阵参数失配强化贡献;而对于具有较高层错能或者较大弹性模量的硬组元层的多层膜来说，其界面障碍强度还必须考虑界面两侧材料滑移不连续性等其它因素的影响。 ⑶纳米压痕下的Si基体上Cu/Ni/W多层膜表现出尺寸依赖的塑性变形行为。当λ≥60 nm时，压痕变形主要引起压痕棱边下面脆性W层的开裂和表面堆起下Cu层和Ni层的挤出;当λ=30 nm时，压痕变形引起压痕棱边下形成两条剪切带，压痕表面堆起由组元层的整体弯曲形成。表面堆起高度的测量和压痕变形能量分析表明，Cu/Ni/W多层膜的应变硬化能力随着单层厚度的减小而降低。对聚酰亚胺基体上的Cu/Ni/W多层膜简支弯曲实验结果表明，随着单层厚度λ的减小，Cu/Ni/W多层膜的裂纹萌生应变先增大后减小，多层膜的裂纹萌生应变不超过2.5％。Si基体上Cu/Ni/W多层膜的三点弯曲断裂结果表明，多层膜的断裂方式表现为脆性层正断，塑性层颈缩以及层界面脱粘和开裂。Cu/Ni/W多层膜的开裂行为由层界面结合强度与柱状晶晶界强度间的竞争决定。 ⑷采用高分辨电镜在原子尺度上观察与分析了Cu/Au和Cu/Ni/W多层膜压痕诱发的剪切带变形行为。针对纳米尺度Cu/Au多层膜剪切带中组元层发生连续薄化的大塑性变形行为，发现了界面切应力能够解锁位错-界面反应形成的位错组态，从而促进了点阵位错跨过异质界面的基本规律;提出了“切应力诱导纳米尺度多层膜塑性变形能力再生”的全新物理机制。Cu/Ni/W多层膜剪切带中的Cu/Ni界面仍然保持共格结构;在具有K-S和N-W的Cu/W界面上均有从Cu层中运动和塞积到界面上的位错存在，界面附近的W层中均发现了大量位错。对位错穿过界面机制的理论分析表明，界面取向和结构对于位错穿过界面能力具有重要作用。位错能够穿过具有K-S取向的Cu/W界面和具有孪晶对称取向的Cu/Ni界面，但很难穿过N-W取向的Cu/W界面，只能在N-W取向的Cu/W界面上萌生位错来向W层中传递变形。