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WC-Co硬质合金具有高硬度、高耐磨性及低热膨胀系数等一系列优点,在机械制造、道路建设、国防军工等领域得到广泛应用。金属Co作为该合金中的粘结相,可明显提高其强韧性。但是该粘结相在高温下极易氧化、软化,从而限制了WC-Co硬质合金在高温领域内的应用。本课题组前期采用球磨法制粉结合放电等离子烧结技术,用非相变的Al2O3陶瓷颗粒或相变的ZrO2陶瓷颗粒替代粘结相Co,制备出硬度高、韧性差的WC-Al2O3材料或者韧性好、硬度低的WC-ZrO2材料。为了获得硬度和韧性俱佳的WC复合材料,本文在WC中同时添加Al2O3和ZrO2两种陶瓷颗粒。另一方面,Al2O3和ZrO2在1860℃形成的氧化物共晶陶瓷是一种极有前景的高温结构材料,无粘结相WC-Al2O3或WC-Zr O2的SPS烧结温度已非常接近Al2O3-ZrO2的共晶温度,但目前暂无使用SPS制备Al2O3-ZrO2共晶陶瓷的研究报道,亦暂无同时加入大量的Al2O3和ZrO2增韧WC材料的报道。为了充分揭示Al2O3相和ZrO2相在WC材料SPS烧结中的组织形态变化及其对基体WC的影响,本文先研究了共晶成分的Al2O3-ZrO2的SPS烧结行为与微观组织。接着,又探究了加入不同含量的Al2O3-ZrO2（共晶比）对WC材料的烧结行为、相组成、显微组织变化及力学性能的影响。最后,结合前期的研究成果,优化了Al2O3-ZrO2成分配比（非共晶比）,探究了这种WC材料在不同烧结温度下的结构、组织、性能之间的联系,并着重讨论了Al2O3和ZrO2协同增韧增强WC材料的机理。首先,本文使用SPS首次成功制备了Al2O3-Zr O2（Y2O3）氧化物共晶陶瓷材料,并发现此时的共晶温度低于Al2O3-ZrO2二元相图上共晶点温度。当烧结温度为1600℃,试样的微观组织是典型的层片状共晶组织。当烧结温度为1500℃,得到一种由均匀并且呈连续网状结构分布的t-ZrO2相和孤立α-Al2O3相组成的、介于烧结态和铸态共晶之间的过渡组织。当烧结温度为1400℃时,试样的微观组织为α-Al2O3相和t-ZrO2相分布较无序且不均匀的烧结态组织。接着,进一步使用SPS在1600℃烧结制备一批含有氧化物共晶的WC-x wt.%Al2O3-ZrO2（eutectic ration）（x=1,3,6,9,12）复合材料。随着Al2O3-ZrO2共晶成分从1wt.%增加到12wt.%时,微观组织中都有Al2O3-ZrO2层片状共晶生成,但共晶相形成温度从1600℃逐渐降低到1550℃,并且该复合材料试样越来越致密。共晶团尺寸亦随Al2O3-ZrO2共晶含量增加而快速长大。复合材料试样基体WC的晶粒大小受制促进晶粒长大的“溶解再析出”机制和抑制晶粒长大的第二相钉扎机制,这两种机制互相竞争,导致基体WC平均晶粒尺寸先增大后减小。WC-x wt.%Al2O3-ZrO2（eutectic ration）（x=1,3,6,9,12）试样的硬度随Al2O3-ZrO2共晶成分的增加,先增加后减小,在x=6 wt.%时,试样的硬度最高;试样的断裂韧性则大体上呈上升趋势,除了x=3 wt.%的试样,该试样中异常长大的WC晶粒（>200μm）包裹着Al2O3-Zr O2共晶,导致其晶粒内部缺陷增多,裂纹能够轻易穿过而不是绕过WC晶粒,故其硬度和断裂韧性最低。1400-1650℃烧结的WC-9 wt.%Al2O3-ZrO2（eutectic ration）试样组织中,第二相Al2O3-ZrO2组织形态逐渐由烧结态向铸态共晶转变,在1400℃呈分布相对无序的烧结态组织,在1500℃呈规则分布的过渡态组织,在1600℃呈典型层片状共晶结构,在1650℃时,第二相Al2O3-ZrO2共晶团聚长大。最后,结合课题组早期的研究成果和本文前两章结论,优化了Al2O3-ZrO2成分配比,并采用SPS在1350-1600℃制备了无粘结相WC-2.8wt.%Al2O3-6.8wt.%ZrO2（non-eutectic ration）复合材料。在1350-1500℃烧结时,基体WC晶粒随着烧结温度的升高缓慢长大;当温度烧结达到1600℃,生成的Al2O3-ZrO2液相共晶,促使WC晶粒显著长大。1450℃烧结的WC-2.8wt.%Al2O3-6.8wt.%Zr O2复合材料相比早期研究的WC-Al2O3和WC-ZrO2材料具有更加优异的综合力学性能,即断裂韧性为8.5 MPa·m1/2和维氏硬度为21 GPa。此外,WC-2.8wt.%Al2O3-6.8wt.%ZrO2中存在的增韧机制有:裂纹偏转,裂纹桥接,沿晶断裂向穿晶断裂的转变,以及由裂纹尖端应力场诱发的ZrO2相变。