ZrO₂增韧Al₂O₃陶瓷（ZTA陶瓷）具有耐腐蚀、耐磨损、高强度、高韧性及高性价比等特点,是目前使用广泛的一种高性能工程陶瓷材料,但较差的抗热震性能,限制了其在快冷领域的应用。根据陶瓷材料抗热震理论,通过降低材料的热膨胀系数、弹性模量,提高材料的强度韧性、热导率等途径,可以改善ZTA陶瓷的抗热震性能。本文通过引入堇青石、纳米Al₂O₃粉体及微米SiC粉体来降低ZTA陶瓷的热膨胀系数,提高其强韧度和热导率,进而改善了ZTA陶瓷的抗热震性能。首先,研究助烧剂SiO₂、CaO和TiO₂含量及烧结温度对ZTA陶瓷（Al₂O₃和ZrO₂两者质量比为7:3）性能的影响,利用XRD和SEM分析了陶瓷的物相组成和微观结构,并在300℃¹000℃进行抗热震实验。结果表明,随着烧结温度升高,t-ZrO₂的衍射峰强逐渐减弱,m-ZrO₂的衍射峰逐渐增强。因为较高的烧结温度会促使t-ZrO₂晶粒异常长大,在降温时容易发生相变。当助烧剂含量少、烧结温度低时,烧结不充分,晶粒未充分长大,气孔排出不充分;当助烧剂含量过多、高温烧结时晶粒快速生长,造成晶粒异常长大及气孔排除困难,力学性能下降。研究表明,SiO₂-CaO-TiO₂含量为4 wt%,1580℃保温4 h,可获得致密度高、晶粒尺寸均匀、气孔率少的ZTA陶瓷,其相对密度、抗弯强度、断裂韧性和硬度分别为96.7%、399.4 MPa、5.3 MPa·m^1/2和7.2 GPa。陶瓷的断裂方式也由原来的沿晶断裂转变为沿晶断裂和穿晶断裂的混合方式。热震实验表明,当热震温度为800℃时,一次淬火后ZTA陶瓷的热震强度保持率下降剧烈,仅为32.4%,即此工艺条件下ZTA陶瓷一次热震的临界热震温差为800℃。其次,在ZTA陶瓷中添加热膨胀系数较小的堇青石（2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂）来降低热震时所产生的热应力,改善ZTA陶瓷的抗热震性,研究堇青石的添加量和烧结温度对ZTA陶瓷性能的影响。结果表明,堇青石添加量为3 wt%,1480℃保温4 h时,复合材料的致密度、抗弯强度和断裂韧性分别为93.3%、346.4 MPa和3.15 MPa·m^1/2。随着堇青石含量增加,在室温-800℃测得ZTA陶瓷的热膨胀系数逐渐降低,当堇青石含量为5 wt%时,α=6.46×10^-6/℃,而复合材料的热震强度保持率却逐渐增加趋势,最大值为59.6%。堇青石的结构疏松,力学性能较差,当堇青石的含量超过3 wt%时,热震强度保持率增加很小,但是对力学性能损害很严重。因此,堇青石的最佳含量为3 wt%。第三,用纳米Al₂O₃粉体替代ZTA复合陶瓷中的部分微米Al₂O₃粉体,研究纳米Al₂O₃粉体含量对样品性能的影响。研究表明,随着纳米粉体含量的增加,ZTA陶瓷的相对密度、抗弯强度、断裂韧性及抗热震强度保持率呈现先增加后减小的趋势。当纳米Al₂O₃粉体添加量为15 wt%时,上述性能最好,分别为95%、393.7MPa、3.98 MPa·m^1/2和64.7%。通过SEM分析可知,原料纳米Al₂O₃粉体团聚严重,在ZTA陶瓷中没有分散开,对ZTA陶瓷的弥散增韧增强作用并不明显。为了解决纳米Al₂O₃粉体的团聚问题,采用大功率超声细胞分散仪对纳米原料进行分散,研究超声分散时间对纳米粉体分散性能和复合陶瓷性能的影响。结果表明,在超声30 min后,纳米Al₂O₃粉体团聚程度最小,团聚体的平均尺寸为100.6 nm,比表面积为73.26 m²/g。1480℃保温4 h,添加15 wt%超声后的纳米Al₂O₃粉体时,ZTA陶瓷的抗弯强度和断裂韧性高达436MPa、4.6 MPa·m^1/2,优异的力学性能使得ZTA陶瓷抗热震性能显著提高,热震强度保持率可达73.6%。最后,在上述ZTA复合陶瓷中引入高热导率微米SiC粉体,研究Si C粉体的添加量和烧结工艺对ZTA陶瓷性能的影响。XRD、SEM和EDS分析表明,常压烧结时,1480℃保温4 h,多数SiC会氧化,导致基体中产生大量气体和玻璃相,复合材料的抗弯强度和热震强度保持率下降严重。采用烧结速度更快、烧结温度更低氩气保护的热压烧结时,通过XRD、SEM和EDS分析可知,在1450℃保温4 h,烧结压力为30 MPa时,SiC的氧化得到了有效抑制。在Si C含量为7 wt%时,能得到致密高且力学性能和抗热震优异的样品。此时,ZTA陶瓷的相对密度、抗弯强度及热震强度保持率为98.3%、503.6 MPa及86.5%。