碳化钨（WC）具有高硬度和耐腐蚀等优点,但其缺点是断裂韧性较低。而添加了钴（Co）等金属粘结剂之后的WC复合材料则可以在硬度和断裂韧性上取得平衡,被广泛应用于切削刀具、矿用工具和耐磨零部件等领域。然而,金属粘结剂的加入也引起了耐腐蚀性和高温断裂韧性的降低。因此,无粘结相WC材料的研究逐渐得到开展。对此情况,一般首先借鉴传统陶瓷基复合材料的增韧方式,选择其它陶瓷相颗粒或者纤维以及高弹性模量碳纳米材料如碳纳米管（CNT）等对WC材料进行增韧。CNT增韧WC-Co材料的研究早已被报道,结果表明适量CNT的添加有助于断裂韧性的提升。但是无粘结相WC材料的烧结温度比WC-Co材料更高,而CNT在高温条件下会出现向石墨相转变的现象。因此,在无粘结相WC材料烧结过程中CNT的相变情况及其对材料力学性能的影响还需要研究。针对以上问题,首先采用放电等离子烧结（SPS）在1600～1900℃区间制备了含0.1 wt.%CNT的WC材料。通过对其相组成和显微结构的研究发现,CNT的添加有助于在烧结中抑制脱碳相W2C的形成并且降低了最终致密化温度。当烧结温度达到1900℃时,拉曼光谱中观测到的G’峰的改变指示出CNT的结构发生了变化;同时,石墨相也易于在拉曼光谱中检测到。力学性能测试结果显示,烧结温度为1700℃时,材料达到其最佳硬度（22.81±0.81 GPa）和断裂韧性（8.95±0.38 MPa·m1/2）。而当烧结温度继续提升后,材料的硬度和断裂韧性都出现了明显的下降。该现象可以归因于拉曼光谱所示的CNT向石墨相的转变。针对WC基体中CNT在高温稳定性上的缺陷,考虑到材料研究中氮化硼往往被作为碳的等价材料,氮化硼纳米管（BNNT）可以作为CNT的替代增韧相。但是BNNT合成成本较高,近年来功能材料领域的相关人员致力于其它易合成且成本较低的氮化硼材料的研究,例如超细氮化硼多孔纤维（UPBNNF）。结合相关进展,本论文中引入UPBNNF作为增韧相,采用放电等离子烧结了近全致密的WC-xwt.%UPBNNF（x=0.05,0.075,0.1,0.125）材料,同时还烧结了 WC样品用于对比。在所有添加比下,含UPBNNF样品的硬度和断裂韧性都高于WC样品。当UPBNNF添加量分别为0.05 wt.%和0.075 wt.%时,复合材料具有最佳的断裂韧性（9.46±0.63 MPa·m1/2）和最佳的硬度（28.79±0.47GPa）。另外,在裂纹形貌中观察到,UPBNNF出现了“颈缩”形变,即明显表现出纤维端部被钉扎而受力的状态。这是由于UPBNNF具有近似高强低模碳纤维的乱层结构,由此形成的缺陷能够使UPBNNF以形变形式吸收断裂能量。因此,UPBNNF的增韧机理可以概括为“钉扎与拉伸”。而对WC材料和WC-UPBNNF材料的纳米压痕研究表明,WC-UPBNNF材料在纳米力学性能上和同类WC粉体烧结的WC材料有明显的继承关系。既然UPBNNF可以对WC基体实现增韧,那么其在两相复合陶瓷中的效果也值得关注。本论文中选择文献报道中的WC-Si3N4材料优化成分体系为研究基础,采用SPS烧结了 UPBNNF 含量分别为 0、0.01、0.05、0.1 和 0.15 wt.%的 WC-10wt.%Si3N4 材料。对力学性能的测试表明,在添加UPBNNF之后,材料的硬度和断裂韧性都有明显的改善。同时,UPBNNF的添加也引起了其中Si3N4断裂模式的变化,除传统的张开型裂纹之外还出现了滑开型和撕开型裂纹;从贯穿晶粒的彻底断裂转变为晶粒的局部断裂。这表明Si3N4的断裂模式从突然失效向可控失效转变,在耐剪切应力方面得到了改善。最后,新断裂模式下的Si3N4可以通过自身的渐次断裂并同时保持裂纹桥接消耗能量以实现对WC基体的增韧。由此可知该现象主要与烧结中形成中间液相的Si3N4有关,原子的重新排布有助于Si3N4和UPBNNF的纳米孔形成精细纳米结构。还采用纳米压痕方法分别研究了不含和含有0.1 wt.%UPBNNF的WC-10 wt.%Si3N4材料的表面纳米力学性能,发现UPBNNF的添加导致表面应力的变化使得材料在浅表面（0～30 nm）压痕模量和硬度曲线群从无序变成有序。为了进一步探索UPBNNF在材料力学性能改善方面的效果,还采用SPS烧结了UPBNNF添加比例分别为0、0.05、0.1和0.15 wt.%的WC-8 wt.%ZrO2复合材料。当UPBNNF添加比例为0.05 wt.%时,材料具有最佳的综合力学性能,其机理可以归因于ZrO2的高温超塑性有利于提升其在烧结期间与UPBNNF纳米孔的结合导致了硬度和断裂韧性的提升。