硬质合金材料具有优异的横向断裂强度和硬度，被广泛应用于民口和军工等领域。其中以WC Co系硬质合金的研究和应用最为广泛和深入，但由于含Co硬质合金自身的耐腐蚀性能和耐高温性能较差等缺陷，因而无Co和替Co硬质合金的研究日益重要，同时，硬质合金相变增韧的研究也是本领域的热点，而且各种先进烧结工艺也被引入硬质合金烧结领域。有鉴于此，本文利用放电等离子烧结（Spark PlasmaSintering，SPS）制备出ZrO₂颗粒增韧的WC基复合材料，并研究烧结参数、微观结构与力学性能的相互关系以及ZrO₂的相变增韧机理。同时还利用机械合金化处理元素粉，然后通过SPS烧结制备超细晶硬质合金，并研究其原位合成的机理，主要进行了以下几个方面的研究：（1）研究了放电等离子烧结温度、烧结压力、保温时间等SPS烧结工艺对WC10wt.%ZrO₂微观结构和力学性能的影响。当烧结温度过低（1300℃）或不保温烧结，都可能使得单斜相m ZrO₂在烧结时无法完全转化为四方相的t ZrO₂；然而，当烧结温度过高（1700℃）或保温时间（>10min）过长，会引起基体相和ZrO₂相晶粒的长大，并使得四方相的t ZrO₂降温至常温时，部分转化为单斜相m ZrO₂，从而减弱相变增韧效果。当烧结温度达到1500℃或1600℃，试样中的单斜相m ZrO₂基本转变为四方相的t ZrO₂，ZrO₂与WC基体紧密结合，钉扎效果明显，晶粒连接界面变得模糊，晶界部分消失，在断口中出现大量晶粒断裂解理面，晶粒拔出现象减少，材料的断裂方式主要以穿晶断裂为主，试样的横向断裂强度也随之升高，韧性提升。实验发现，随着烧结温度的升高，晶粒尺寸逐渐增大，试样的断裂韧性也随之升高，而横向断裂强度、维氏硬度则是先升高后小幅下降，并在1600℃时的综合力学性能最好。当改变烧结压力时，试样的晶粒尺寸并未发生显著变化，但高压能促使材料在低温时取得较好的性能。当保温时间不同时，烧结试样的相对密度和断裂韧性随保温时间的延长而增加，而横向断裂强度呈现先上升后下降再升高的趋势，维氏硬度则是先升高后下降。当烧结压力为30MPa、烧结温度为1600℃、升温速率为100K/min和保温时间为5min时，获得的WC基复合材料性能最佳，其横向断裂强度、维氏硬度和断裂韧性分别为1714.6MPa，19.67GPa，6.85MPa m1/2。（2）为使WC10wt.%ZrO₂低温时相变完全转变，防止高温时晶粒长大，本课题设计了两种方式的阶段保温工艺，一种是烧结至较低温度（1400℃）时进行保温10min后，再继续加热至目标烧结温度，不保温直接水冷却。另一种是在距离目标烧结温度还有100℃时，暂停升温，改为保温10min，然后再烧结至目标烧结温度。实验结果表明阶段保温烧结对提升材料性能有很大作用，而两类阶段保温烧结相比，后者工艺优于前者。原因在于材料在临近目标烧结温度之前的保温，即避免高温时晶粒异常长大，又能保证试样在低温完成材料的ZrO₂相变和致密化进程。而在设定的低温度保温10min，仅略高于相变温度，对体系的贡献不是很大，而在临近目标烧结温度之前的保温则使得体系内的ZrO₂能充分进行相变，促进材料的横向断裂强度等性能的提升。当烧结工艺参数为烧结至1500℃时保温10min，再升温至1600℃的综合性能最佳，其横向断裂强度、维氏硬度和断裂韧性分别为1870.72MPa，19.94GPa，8.42MPa m1/2。（3）关于ZrO₂含量对WC基复合材料增韧效果的影响为：通过SPS制备的含6wt.%、10wt.%和15wt.%ZrO₂的复合材料的对比分析发现。随着ZrO₂含量的增加，ZrO₂与基体相WC结合更加紧密，钉扎效果显著，相变增韧的效果更加明显，但ZrO₂含量的增多也使得材料硬度有所下降。（4）采用机械合金化机械合金化W、C混合粉和W、Ti、C混合粉，并通过SPS制备WC和（W,Ti）C硬质合金。当球磨转速为200r/min、球磨时间在100h时，机械合金化未能直接制备出WC和（W,Ti）C合金，但后者球磨后生成TixW1-x固溶体，且WxTi1-x被非晶态的C紧密的包裹着，达到了原子级的紧密结合。加入过程控制剂虽会减缓球磨进程，但能保证得到粒径均匀细小的混合粉末。通过SPS烧结W C混合粉制备WC，发现在1000℃即可得到完全的硬质合金，当烧结温度达到1800℃将出现贫碳相W2C。通过SPS在1050℃烧结W Ti C混合粉，可得到完全的（W,Ti）C合金。机械合金化后，粉末颗粒间可以达到很紧密的结合程度，有利于后续烧结时不同成分间的扩散；SPS能在短时间使被烧结体达到致密，同时又能得到晶粒细小均匀的硬质合金。