先进刀具材料的进步决定着高端制造技术的发展和应用。陶瓷刀具作为高速切削最重要的刀具材料之一,具有广阔的应用前景。然而,陶瓷刀具在使用过程中经常出现因韧性较差导致刀口崩裂的情况,严重制约高端数控机床的工作效率。因此,开展陶瓷刀具材料的增韧研究,延长使用寿命,具有重要的经济价值和社会效益。基于此,本论文选取目前应用广泛的Al2O3-TiC陶瓷刀具为对象,旨在利用金属延性相增韧和ZrO2相变增韧的协同作用,通过超重力燃烧合成新技术制备高韧性和高耐磨性的ZTA-Ti C-Fe（ZrO2 toughened Al2O3,ZTA）金属陶瓷复合材料,系统研究了制备工艺、材料结构和耐磨性能的关系规律。制备工艺的研究表明:以Al/Fe2O3/ZrO2/Ti/C的燃烧反应体系为原料,在800G1600G（G=g,g为重力加速度）的超重力场中,直接以熔铸方式制备ZTA-Ti C-Fe金属陶瓷复合材料。其最佳的组分设计为ZTA复相陶瓷为60vol%,其中ZrO2在ZTA复相陶瓷中的质量比为40%,TiC和Fe分别为20vol%。微观结构的研究表明:ZTA共晶陶瓷相呈三维网络结构形成了复合材料的陶瓷骨架,其中四方相的ZrO2以亚微米纤维棒和纤维片增韧Al2O3基质;金属Fe与TiC形成了致密的核壳结构,Fe-TiC核壳结构呈微米球形均匀分布在三维ZTA陶瓷骨架中。TiC微米颗粒与ZTA陶瓷呈蜂窝状交错结合。此结构实现了裂纹偏转、裂纹桥联、裂纹钉扎、纤维拔出、微裂纹扩展等多种增韧机制的复合,达到了对Al2O3-TiC陶瓷材料增韧的目的。性能评价的结果显示:ZTA-TiC-Fe复合材料的硬度为13GPa,弯曲强度为485±15MPa,压缩强度为1900MPa,断裂韧性最高达11.2MPa·m1/2,为纯Al2O3-TiC复相陶瓷的3倍。室温至600℃的平均线膨胀系数为4.5×10-6/℃。电导率为0.5MS/m,达到纯铁的5%,可进行电火花线切割,加工性能良好。当研磨介质为氧化铝时,复合材料的耐磨度是耐磨中合金钢（ZG40Cr5MnMoSi）的34倍。当研磨介质为电镀金刚石盘时,复合材料的耐磨度为氧化铝陶瓷的10倍,与硬质合金YT15相当。ZTA-TiC-Fe复合材料的摩擦磨损机制为微犁削和微剥离。本文采用的超重力燃烧合成新技术,无需外部热源加热而产生>2000℃的超高温,同时,在超重力外场辅助作用下,可以实现金属陶瓷快速合成及同步致密化。进一步开展围绕工艺-结构-性能的深入系统研究,有望发展一系列高性价比的金属陶瓷复合材料。