为深入研究复相陶瓷在冲击加载下的宏观力学响应特性与微观断裂机制，选取Al2O3/SiC复相陶瓷为研究对象，设计了一维应力波和平面冲击波加载测试方法，研究了材料动态强度及其应变率效应、高压Hugoniot曲线以及不同受力特征下的材料局部变形机制。结果表明：不同的宏观受力特征下复相陶瓷对应有不同的微观断裂机理；冲击加载下材料的宏观变形主要是脆性破坏，但从微观角度观察，大尺寸晶粒穿晶断裂以及小尺寸晶粒沿晶断裂存在明显的局部塑性变形特征；第二相SiC颗粒在晶界和晶粒内部诱导裂纹传播，起到了冲击能量再分配的作用。

ZrB2基复相陶瓷在超高温领域有着重大应用潜力，但其韧性低、抗氧化性差限制了其实际应用。以Zr、B4C、Al、C和Si粉为原料，采用反应放电等离子体烧结制备出ZrB2-SiC-Zr2Al4C5复相陶瓷，研究了反应过程和反应机理，探究了Zr2Al4C5含量和氧化温度对复相陶瓷高温氧化行为的影响，揭示了其抗氧化机制。结果表明：900 ℃时，B4C和Zr反应开始生成ZrB2；1 100 ℃开始生成SiC；1 400 ℃时反应初期形成的Zr3Al3C5与ZrC及Al4C3生成了Zr2Al4C5；但随着温度继续升高Zr2Al4C5则会转化为Zr3Al4C6。复相陶瓷氧化后主要物相为ZrO2、ZrSiO4和铝硅酸盐以及SiO2玻璃相；随着Zr2Al4C5含量的增加，氧化层表面呈现出凹凸不平、疏松多孔，存在明显的长条状晶粒和不均匀分布的玻璃相。本工作为深化对ZrB2-SiC基复相陶瓷的高温氧化行为的理解提供了实验依据，为开发高性能ZrB2-SiC基高温复相陶瓷提供了实验与理论支持。

采用无压烧结制备ZTA复相陶瓷, 探究Cr2O3的添加对ZTA复相陶瓷显微组织和力学性能的影响。结果表明: Cr2O3会促进Al2O3晶粒的生长, 并出现长条状Al2O3晶粒; 随着Cr2O3的增加, 复相陶瓷的密度、硬度、断裂韧性均呈现先增大后减小趋势。在Cr2O3添加量为0.6%时具有最佳性能, 但过多的Cr2O3会使陶瓷内部气孔增多, 性能下降。添加纳米级Cr2O3的ZTA复相陶瓷力学性能整体高于添加微米级Cr2O3试样。纳米级Cr2O3使Al2O3的平均晶粒尺寸更小, 陶瓷的密度和硬度更高; 产生的长条状晶粒数目更多, 裂纹扩展需要更多的能量, 断裂韧性更高。

纳米粉体的团聚程度影响纳米复相陶瓷的微观结构, 进而影响其光学与力学性能。本文采用溶胶-凝胶法合成Y2O3-MgO纳米粉体, 结合热压烧结(HP)技术制备出光学及力学性能优异的Y2O3-MgO复相陶瓷。研究了前驱体中金属离子与柠檬酸的摩尔比(m/c)对纳米粉体团聚程度及复相陶瓷显微结构、光学及力学性能的影响。研究结果表明, 当金属离子和柠檬酸摩尔比为0.75时, 粉体团聚程度最低, 该粉体经过热压烧结后制备出的Y2O3-MgO陶瓷具有均匀的相域, 晶粒尺寸约为140 nm, 3~6 μm波段的透过率达到80%, 维氏硬度及断裂韧性分别为10.90 GPa、2.21 MPa·m-1/2, 抗弯强度为226 MPa。

本工作研究了Si₃N₄-ZrO₂-La₂O₃三元系统的相关系, 采用X射线衍射仪分析了物相组成。结果表明, 在1500 ℃/1 h/N₂气氛条件下固相反应, 生成了ZrN和La_4.67Si₃O₁₃、La₅Si₃NO₁₂、La₄Si₂N₂O₇、LaSiNO₂、La₂Zr₂O₇等镧盐化合物的共存相。由于生成的氮化锆和硅酸镧等化合物不在Si₃N₄-ZrO₂-La₂O₃三元系统内, 需引入SiO₂测定SiO₂-La₂O₃-ZrO₂三元分系统相图, 进而扩大成Si₃N₄-ZrO₂-La₂O₃-SiO₂-ZrN五元系统, 本工作绘制并提出了此五元系统相图, 且提出了1570 ℃时SiO₂-La₂O₃-ZrO₂三元分系统实验相图。此外, 验证了La₂O₃在Si₃N₄-ZrO₂-La₂O₃三元系统反应中促进Si₃N₄-ZrO₂取代反应生成ZrN的作用。

通过激光裂解含Ti粉聚二甲基硅氧烷先驱体, 制备了陶瓷涂层, 并分析了裂解产物的组成与结构。结果表明, 在高能激光作用下, Ti粉与聚二甲基硅氧烷发生自由基反应, 生成由晶态的SiC、TiC、TiO2和非晶态SiO2、单质C、C6H18OSi2组成的复相陶瓷涂层。新生的TiO2和TiC陶瓷相能填补陶瓷涂层的孔隙, 使涂层表面平整, 孔隙减少。金属Ti粉的加入还有利于降低复相陶瓷涂层中自由碳的质量分数, 当添加的Ti粉质量分数为5.0 %时, 涂层中Si、O和C元素质量分数分别达到74.44%、16.48%和6.19%。

为了改善激光直接刻蚀过程中形貌普遍较差的问题, 采用水射流激光复合刻蚀的方法,以SiC复相陶瓷和Al2O3陶瓷为研究材料, 分析了有无水射流条件下的形貌差异以及不同成分陶瓷的形貌差异, 并在此基础上研究了水射流流速对刻蚀深度和蚀除量的影响。结果表明,直接刻蚀时, 大量熔渣附于刻蚀表面, 刻蚀形貌较差, SiC复相陶瓷60%以上直接气化分解, 熔渣较少, 形貌稍好于Al2O3陶瓷; 复合刻蚀时, 刻蚀形貌有所变好, 且水射流流速在24m/s时的形貌要好于16m/s时的; 水射流流速越大, 材料的刻蚀深度和蚀除量越小, 流速每增大2m/s时, 材料的蚀除量平均减少0.066mm3左右, 相同流速下, SiC复相陶瓷的蚀除量比Al2O3陶瓷大0.4mm3左右。此研究对提高刻蚀形貌和分析不同陶瓷的刻蚀机理是有帮助的。

对比研究Al2O3-SiC复相陶瓷激光直接刻蚀和水射流辅助激光刻蚀的作用效果, 并讨论水射流流速对刻槽形状和蚀除量的影响。研究结果表明, 水射流辅助激光刻蚀的加工方法能够大大减少刻槽内熔渣的堆积, 有效降低再铸层厚度, 显著提高刻槽的加工质量。在一定范围内, 水射流流速越大, 刻槽的形状越来越接近于标准的“V”槽; 水射流流速不断增大时, 激光的能量损失越多, 导致刻槽的蚀除量不断变小。