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本文选用具有耐磨损、耐高温和良好力学性能的ZrO2(3 mol.%Y2O3)-20 wt.%Al2O3(TZ3Y20A)作为基体材料,将试验制备的具有良好分散性的氧化石墨烯作为增强相添加到TZ3Y20A中,利用热压烧结法制备出石墨烯增强TZ3Y20A复合材料。并研究了氧化石墨烯形貌、结构与热物性能,以及石墨烯增强TZ3Y20A复合材料的组织结构、力学性能以及广域温度下的摩擦学性能。试验中利用改进Hummers法制备复合材料所需的氧化石墨烯,利用此方法得到的氧化石墨烯厚度为3-4 nm,片层尺寸为3-4μm。利用热压法制备出不同石墨烯含量(ZA0.25C、ZA0.5C、ZA1C)的石墨烯增强TZ3Y20A复合材料。复合材料烧结后物相主要由t-ZrO2、α-Al2O3及还原氧化石墨烯构成。随着复合材料中石墨烯含量不断增加,复合材料的致密度减小,维氏硬度、弯曲强度、断裂韧性等机械性能都先增后减,复合材料ZA0.5C的增强效果最优。复合材料主要的增韧机制为石墨烯的桥连、拨出与裂纹偏转。广域温度摩擦学测试结果表明TZ3Y20A基体材料在低载荷4.9 N时,随着测试温度由室温升高至600?C,平均摩擦系数、磨损率随之增大。TZ3Y20A基体材料室温下的平均摩擦系数、磨损率分别为0.55与6.77×10-7 mm3/(N·m),测试温度升高至600?C时,平均摩擦系数增加到0.92,磨损率增加至1.19×10-4 mm3/(N·m)。当摩擦测试载荷由4.9 N增大到9.8 N时,TZ3Y20A基体材料的磨损量都随之增加,但高温时平均摩擦系数有所下降。TZ3Y20A基体材料在低载荷时,磨损机制为脆性断裂和微切削;而在高载荷时,磨损机制为剥层磨损。对于ZA0.5C,石墨烯的加入能够显著改善复合材料的广域温度摩擦学性能。从室温至600?C,摩擦系数与磨损量分别由0.43、1.08×10-7 mm3/(N·m)增加到0.81、4.64×10-5 mm3/(N·m)。当测试载荷由4.9 N上升至9.8 N时,室温时摩擦系数略有增加,但在高温条件下,高载荷9.8 N时的摩擦系数的更低,而磨损量则一直高于低载荷4.9 N。复合材料中氧化石墨烯的添加量由0.25 wt.%增加到1.00 wt.%,平均摩擦系数、磨损率都随之先减后增,在0.50 wt.%达到最佳;但在600?C时,摩擦系数一直在减小。而磨损率在不同温度下都是随添加量先减后增,在0.50 wt.%达到最佳。复合材料的磨损机制主要为脆性断裂和剥层磨损。一方面石墨烯添加到复合材料中可以增强复合材料,抑制陶瓷晶粒的剥离,减弱磨损过程中由磨屑引起的微切削。另一方面在高温时石墨烯和剥离的磨屑共同形成一层釉层,石墨烯可以减小釉层上的摩擦应力,减弱釉层的剥层磨损,起到降低复合材料摩擦系数的作用。使得复合材料在广域温度下具有良好的摩擦学性能。