WC-Co硬质合金具有优良的综合性能，在现代刀具材料、耐磨材料等方面得到广泛应用。WC-Co合金中的WC相具有极高的硬度和优异的耐蚀性和耐高温性，金属类粘结剂（Co）的加入虽然可以提高合金的强韧性，但同时会使合金的硬度下降和耐腐蚀性变差，而且在高温下粘结相会发生软化等特性还限制了其在高温环境下的应用。利用放电等离子烧结等新技术可以制备出致密的无粘结相纯WC材料，但其偏低的韧性是此类材料获得广泛应用的最大障碍。为了提高无粘结相WC材料的韧性，传统陶瓷材料的增韧手段对此具有很重要的借鉴价值。本文以无粘结相WC材料为研究对象，研究了该材料在不同SPS烧结工艺下的致密化行为、相组成、显微组织以及力学性能；针对该种材料偏低的断裂韧性，借鉴传统陶瓷材料的增韧手段，引入相变ZrO₂颗粒、Al₂O₃颗粒对其进行了增韧研究，还首次成功地运用“原位生成”技术制备了由原位自生β-Si₃N₄晶须增韧的无粘结相WC材料，并且扩展了“两步烧结法”的理论内容及应用范围，将其成功地应用于SPS烧结WC-Si₃N₄材料中，将β-Si₃N₄晶须生成过程与WC晶粒快速生长过程分离开来；另外还研究了VC与Cr₃C₂晶粒生长抑制剂对上述材料体系的影响。通过研究分析，主要的研究结果如下：（1）采用SPS制备了无粘结相的纯WC材料、WC-x wt.%ZrO₂（x=1，2，3，6，8，10）复合材料、WC-x vol.%Al₂O₃（x=0，6.8，12.4，16.7，43.6）复合材料以及WC-xwt.%Si₃N₄（x=1，3，6，8，10，12，15）复合材料。ZrO₂/Al₂O₃/Si₃N₄（93wt.%Si₃N₄-6wt.%Y₂O₃-1wt.%Al₂O₃）的加入均可以促进WC材料的致密化过程。（2）WC-ZrO₂材料经过SPS烧结后，试样里的ZrO₂颗粒仍以四方结构为主，均匀弥散分布在WC晶粒之间；随ZrO₂含量从0增加到10wt.%，WC-ZrO₂材料的硬度从²4GPa下降至¹8GPa，而断裂韧性则从⁶.0MPa·m^1/2提高至¹0.60MPa·m^1/2，主要增韧机制为四方ZrO₂颗粒的相变增韧。对于WC-8wt.%ZrO₂材料，在1500¹700°C烧结温度范围内，随温度升高，WC晶粒与ZrO₂颗粒都逐渐长大，而VC和Cr₃C₂添加剂的加入可以完全抑制住WC晶粒与ZrO₂颗粒的生长；材料组织越细，则材料的硬度越高，但断裂韧性对材料组织的粗细度变化不敏感；采用含有VC和Cr₃C₂添加剂的细小WC粉末（⁰.2μm）作为原料，经过在1600°C保温5min烧结得到的WCVCr-8ZrO₂试样其硬度和断裂韧性分别为22.20GPa和11.40MPa·m^1/2。对于WC-ZrO₂复合材料，在维氏硬度测试（10kg）中，当ZrO₂含量较低时（≤3wt.%），材料所对应的裂纹系统为半圆型系统，而随着ZrO₂含量的增多（≥6wt.%），其所对应的裂纹系统会向巴氏裂纹系统发生转变。（3）Al₂O₃颗粒的加入对WC材料有一定的增韧作用，但效果并不显著，WC-Al₂O₃材料的断裂韧性最高仅为6.49MPa·m^1/2；增韧机制主要为Al₂O₃颗粒对裂纹的桥接作用以及材料断裂模式从沿晶断裂转变为部分穿晶断裂。（4）对于WC-Si₃N₄材料，在100°C/min升温速率下，β-Si₃N₄在1700°C以上会发生“快速熟化”现象——α→β-Si₃N₄快速转变、β-Si₃N₄晶须快速长成，与此同时WC基体晶粒也迅速发生长大；在1550¹600°C进行长时间保温，由于β-Si₃N₄熟化过程进行得比WC晶粒生长过程快，因而可以将WC晶粒快速长大过程与β-Si₃N₄晶须长成过程分离开来，从而实现抑制WC晶粒快速生长的目的；采用两步烧结方式（先升温到1700°C随即冷却至1600°C保温30min）可以制备出WC晶粒相对细小而且生成了大量β-Si₃N₄晶须的WC-10wt.%Si₃N₄材料。致密的WC-10wt.%Si₃N₄材料其硬度与WC基体晶粒平均尺寸成反相关，其断裂韧性主要随β-Si₃N₄晶须数量的增多而增大，β-Si₃N₄晶须对WC材料的增韧机制主要包括晶须拔出和裂纹桥接。采用两步烧结的WC-x wt.%Si₃N₄（x=1¹5）复合材料，随着Si₃N₄含量的增多，α→β-Si₃N₄相转变率先增大后减小，材料的断裂韧性也呈现出同样的规律，当Si₃N₄含量为10wt.%时相转变率达到最大，为¹00%，其断裂韧性值也达到最大，为10.94MPa·m^1/2，与此同时材料的硬度为17.65GPa。VC与Cr₃C₂添加剂的存在对α→β-Si₃N₄相转变过程的影响并不大，却对WC晶粒的生长具有显著的抑制作用，因而可以在相同的烧结条件下提高WC-Si₃N₄材料的硬度；含VC与Cr₃C₂添加剂的WC-10wt.%Si₃N₄材料经过在1900°C不保温烧结后，其硬度和断裂韧性分别为17.43GPa和10.07MPa·m^1/2。