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氧化锆陶瓷具有高的断裂韧性、高的力学强度、良好的高温热稳定性、隔热性、耐腐蚀性、低的热导率、与金属相当的热膨胀系数等性能，其在耐火材料、结构材料、功能材料等领域有着广泛的应用。但采用传统烧结方法制备氧化锆陶瓷存在物相结构不均匀、致密度低、烧结动力小、力学强度低等问题，得到的氧化锆陶瓷难以满足现代科技对其性能的要求。因此创新制备高致密、单一物相、高强韧氧化锆复合材料有着非常重要的实用价值。 基于石墨烯（GNPs）高的抗弯强度和抗拉强度，本论文提出了添加GNPs来强韧化氧化锆陶瓷的研究思路。首先研究了分散剂种类对GNPs分散的影响规律，获得了GNPs均匀分散地氧化锆复合粉体；其次研究了GNPs/3Y-TZP复相陶瓷的等离子活化烧结致密化、获得了高致密、GNPs均匀分散、物相单一的氧化锆复相陶瓷；最后分析讨论了GNPs/3Y-TZP复相陶瓷微观结构和力学性能的关系及其强韧化机理。 GNPs在DMF中的吸光度较大，汉森组合参数δp+δh为25.0，同时其分解质子化的[NH2(CH3)2]+1基团，对GNP的均匀稳定起到积极作用；超声和球磨后GNPs中存在CH、OH基团，缺陷密度增大，3Y-TZP的颗粒尺寸降低。采用等离子活化烧结技术实现了GNPs/3Y-TZP复相陶瓷的低温致密化，在1300℃、30MPa、3min的烧结参数下，GNPs的缺陷密度增大，GNPs/3Y-TZP复相陶瓷的相对致密度高达99.72％，均为单一四方相，GNPs均匀地分布在3Y-TZP晶界处；GNPs的加入，使得相对致密度稍有降低，晶粒尺寸减小；当GNPs含量超过0.01wt.%，部分GNPs发生团聚。 0.01wt.%GNPs/3Y-TZP的断裂韧性为15.6MPa?m1/2，相较于3Y-TZP提高了61.6%；抗弯强度最高是1200.8MPa，提高了31.3%。研究发现GNPs/3Y-TZP复相陶瓷韧化机制有GNPs的拔出、桥联、裂纹偏转和分支、微裂纹。利用已有的模型计算复合材料界面的应力，并得到了GNPs的临界韧化长度；同时计算了GNPs的残余热应力，发现残余热应力相对于GNPs/3Y-TZP复相陶瓷的力学性能可忽略不计。