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本文针对目前氧化铝基复合陶瓷刀具综合力学性能较低的难题，基于多元多尺度的设计思想，根据纳米复合陶瓷刀具材料的设计原则，选择亚微米SiC和纳米Al2O3为主添加相,Ni、Ti、MgO、Y2O3和CeO2为辅助添加相，应用热压烧结工艺，研制了新型多元多尺度Al2O3基纳米复合陶瓷刀具材料。系统的研究了组分配比、烧结工艺、力学性能以及显微组织结构之间的关系，分析了复合陶瓷刀具材料的增韧机理。依据多元多尺度的思想对材料进行了成分设计和粒度设计，并对材料进行了物理分析、化学分析、多元度尺度增韧机理分析、晶粒生长分析和烧结工艺分析等最终确立了复合陶瓷刀具材料各组分的成分以及各组分的添加量和粒径配比。研究了纳米颗粒的分散机制和分散原理，分析了影响液相分散效果的因素，通过实验方法选定聚乙二醇4000为分散剂，并确定了其添加量。实验研究了烧结温度、保温时间、纳米氧化铝含量和亚微米碳化硅含量对多元多尺度Al2O3基纳米复合陶瓷刀具材料力学性能和显微组织的影响。成功研制了多元多尺度Al2O3基纳米复合陶瓷刀具材料AS15A10（纳米Al2O3的含量为10vol%和亚微米SiC的含量为15vol%）其最佳烧结工艺为：烧结温度1600℃、烧结压力30MPa和保温时间30min，AS15A10的抗弯强度、维氏硬度和断裂韧性的平均值分别为：763.51MPa、23.87GPa和6.451MPa·m1/2。对显微组织结构的研究表明：纳米颗粒可以细化基体晶粒，提高材料的致密度，复合陶瓷刀具材料的断裂方式由沿晶断裂转变为穿晶断裂。研究了多元多尺度纳米复合陶瓷刀具材料增韧补强机理。多尺度的颗粒能抑制基体颗粒的长大，起到细化晶粒作用，同时产生残余应力、裂纹钉扎和裂纹偏转的增韧机制,多尺度SiC颗粒产生残余应力和裂纹偏转增韧机制起到了增韧的作用，晶内型纳米颗粒在基体颗粒中形成的亚晶界起到了诱发穿晶断裂的作用。