硬质合金因其具有高硬度、高强度、高弹性模量、低热膨胀系数等优点,在切削刀具、开采工具、石油与地质矿山勘探、耐磨零件和精密模具等领域有着举足轻重的作用。WC-Co硬质合金是该领域产品的主体,其中WC作为硬质相是材料高硬度的保证,金属Co是材料韧性的保证。但Co是稀有昂贵、不可再生的战略性资源,且由于其优良的物理、化学和力学性能,在陶瓷、食品添加剂、催化剂、电池、电子部件等方面的需求量也迅速增加。另一方面,由于Co熔点低、化学活性高,高温时易软化、易与其他元素发生反应扩散等,硬质合金硬度和耐蚀性会受到影响。因此,研制兼具高硬度和高韧性、原料易得的新型WC基硬质合金,以代替WC-Co,具有必要性和紧迫性。本文中,以Al2O3作为Co的替代材料,从粉末制备和热压烧结两个方面开展制备WC-Al2O3复合材料的研究工作。研制过程中,系统设计了复合粉末的配方和热压烧结工艺,对复合粉末在球磨过程中的物相变化、球磨后纳米复合粉末的热力学、热压烧结过程中物相变化、烧结制度及增韧机理、添加剂MgO和CeO2对烧结试样的影响和二阶段热压烧结制度进行了深入的探讨,主要研究结果如下：1.以WC和无定形态Al2O3为原料,利用机械合金化法和普通热压烧结法制备WC-Al2O3复合材料(WA1)；通过物相分析研究球磨和热压烧结过程中Al2O3的相变,通过微观组织观察和力学性能测试,研究热压烧结工艺和Al2O3含量对复合材料的影响,并探讨其增韧机理。研究结果表明：球磨过程中,复合粉末不断细化,无定形态Al2O3未发生相变；在烧结过程中,A1203发生了相变,当烧结温度为961℃时,无定形态Al2O3和过渡形态Al2O3转化为γ-Al2O3,当烧结温度为1100℃时,完全转化为α-Al2O3; WC-40vol.%Al2O3复合粉末在烧结温度为1540℃,保温时间为90min,压力为39.6MPa的热压烧结条件下获得的综合力学性能最好,其致密度可达97.98%,维氏硬度为18.65GPa,断裂韧性为10.43MPa·m1/2,抗弯强度为756.34MPa; WC-Al2O3复合材料中增韧机理主要为第二相颗粒增韧机理、基体WC和第二相Al2O3颗粒热膨胀系数失配产生的残余应力增韧机理和Al2O3相变增韧机理；这些机理综合作用使裂纹搭桥、偏转,二次裂纹和侧生裂纹增多,从而提高复合材料的韧性。2.以WC和α-Al2O3为原料,以3：2体积比的配方,在烧结温度为1540℃,保温时间为90min,压力为39.6MPa的热压烧结条件下制备WC-40vol.%α-Al2O3复合材料(WA2)；对比分析以不同种类Al2O3为原料制备的WC-Al2O3复合材料的微观组织和力学性能,探讨Al2O3相变对复合材料力学性能的影响及其增韧作用。研究结果表明：WC-40vol.%α-Al2O3复合材料致密度为98.38%,维氏硬度为16.55GPa,断裂韧性为8.52MPa·m1/2,抗弯强度为881.35MPa。WA1中AlOOH相变产生的少许水残留在试样中形成孔隙,是WA1致密度和抗弯强度较WA2低的原因；γ-Al2O3向α-Al2O3的相变消耗系统能量,从而减少WC氧化脱碳的能量,是WA1中脆性相W2C的形成被抑制的原因；γ-Al2O3向α-Al2O3的相变过程有24vol.%的体积缩小,从而获得较小的Al2O3颗粒,是WA1微观组织的细化、维氏硬度和断裂韧性较WA2高的原因；3.为提高WA1和WA2复合材料的力学性能,研究添加剂MgO和稀土氧化物CeO2对复合材料微观组织和力学性能的影响及其机理。研究结果表明：添加MgO和CeO2未能提高WA1复合材料的力学性能；而对于WA2复合材料,分别添加MgO和CeO2时,最佳含量均为0.1wt.%,二者均可起到提高复合材料的致密度、抑制晶粒长大、改善颗粒之间的结合状态的作用；另外,活泼的稀土元素吸附复合粉末中的杂质氧,有效抑制WC的脱碳；CeO2在烧结过程中被还原成Ce2O3,并与Al2O3形成新的化合物,提高复合材料的结合强度。当同时添加0.05wt.%MgO和0.05wt.%CeO2时,WA2复合材料的综合性能达到最佳,致密度为99.04%TD,维氏硬度为18.18GPa,断裂韧性为10.14MPa·m1/2,抗弯强度为1155.38MPa。4.依据WC-40vol.%α-Al2O3复合材料致密化速率和晶粒长大速率的变化情况,设计合理的二阶段热压烧结工艺；考察各工艺对试样微观组织和力学性能的影响并确定最佳烧结制度,探讨二阶段热压烧结对复合材料性能影响的机理。研究二阶段热压烧结法和添加剂MgO、CeO2共同作用对WC-40vol.%α-Al2O3复合材料组织和力学性能的影响。研究结果表明：TSS4烧结制度下(T1=1600℃,T2=1450℃,t2=6h)制备的WC-40vol.%α-Al2O3烧结试样的力学性能优于普通热压烧结制度CS1下(1540℃保温90min)所得烧结试样的力学性能。在TSS4和添加剂MgO、CeO2的共同作用下,WC-40vol.%α-Al2O3复合材料力学性能进一步提高,其致密度为99.42%TD,晶粒尺寸为2.921μm,维氏硬度为19.22GPa,断裂韧性为11.21MP·m1/2,抗弯强度为1236.78MPa,与热压烧结法制备的WC-Co硬质合金的力学性能相当。5.研究以WC和无定形态Al2O3为原料的WC-40vol.%Al2O3复合材料的二阶段热压烧结工艺,探讨Al2O3相变和二阶段烧结技术对复合材料微观组织和力学性能的影响。研究结果表明：Al2O3的相变在第一阶段烧结后即已完成,则该材料第二阶段烧结开始时,起始颗粒尺寸较小,有利于获得匀细的微观组织；以WC和无定形态Al2O3为原料的WC-40vol.%Al2O3复合材料的最佳二阶段热压烧结工艺为TSS4(T1=1600℃,T2=1450℃,t2=6h)；在TSS4制度下制备试样的力学性能与CS1制度下制备试样的力学性能相比,致密度从97.98%TD增加至99%TD,WC晶粒尺寸从2.79gm减小至2.38gm,维氏硬度从18.65GPa提高至19.71GPa,断裂韧性从10.43MPa·m1/2提高至12MPa·m1/2,抗弯强度从881.35MPa提高至1285.08MPa。本文中,作者率先采用无定形Al2O3和α-Al2O3代替Co,通过高能球磨、普通热压烧结法和二阶段热压烧结法制备新型WC-Al2O3复合材料,利用现代测试技术,对复合材料球磨和烧结过程中物相、热力学、微观结构和力学性能的变化进行表征,探讨复合材料致密化和增韧机理,及添加剂对复合材料的微观组织和力学性能的影响,为WC-Al2O3复合材料的进一步研究和应用奠定了坚实的基础。