切削加工在机械制造行业占据着重要的地位,而现有的陶瓷材料在干切削过程中易发生脆性断裂和严重磨损,带来质量和安全隐患,因此,开发出兼具良好力学性能和摩擦学性能的陶瓷基复合材料是研制高性能切削刀具的关键。针对这一问题,本研究分别将石墨烯纳米片和纳米木质素引入到氮化硅基体中,系统研究了两种陶瓷基复合材料的微观组织、力学性能及摩擦学性能表现,提出纳米木质素作为前驱体可更有效地提升氮化硅陶瓷强韧性与减摩耐磨性;结合液相烧结机制,着重研究纳米木质素衍生物-氮掺杂石墨烯量子点（N-GQDs）对氮化硅基体微观组织及力学性能的影响,揭示包覆结构对氮化硅陶瓷力学性能的影响机制,阐明复合材料的强韧化机理;系统研究陶瓷基复合材料与镍基高温合金配副的干摩擦磨损性能,深入探索含N-GQDs表面减摩层的形成机理及减摩耐磨机制。本论文研究内容如下所述:（1）系统研究了含石墨烯纳米片（GNPs）的氮化硅基复合材料的微观组织与力学性能。在两种不同温度（1800℃,1700℃）和三种不同分散工艺（机械球磨,分散剂分散,复合分散法）下制备了 GNPs/Si3N4复合材料,并利用多种分析测试手段对该复合陶瓷进行微观组织与物理力学性能表征,研究发现GNPs未能有效改善氮化硅陶瓷的物理力学性能,其最佳断裂韧性为6.32MPa·m1/2,维氏硬度为15.99GPa,均略低于单相氮化硅的力学性能。（2）系统研究了纳米木质素衍生物及其对复合材料微观组织的影响,结果表明:将纳米木质素添加到氮化硅基体中,通过热压烧结可以得到具有特殊“核壳结构”的N-GQDs@Si3N4复合材料,其中纳米木质素自衍生成为氮掺杂的石墨烯量子点（N-GQDs）。当纳米木质素添加量为2wt.%时,N-GQDs的层间距为0.23nm,截面大小为8.99nm~2,“核壳结构”较为完整,且在氮化硅晶粒表面均匀分布。该“壳状结构”阻碍了氮化硅晶粒的进一步长大,N-GQDs的高导热性加速了晶粒的致密化,使得SN-2L的氮化硅晶粒尺寸最小,有利于其物理力学性能的提升。当纳米木质素添加量进一步增大至3 wt.%和5 wt.%时,氮化硅晶粒尺寸变大,且部分晶粒异常长大,晶粒之间出现了片层结构。（3）系统研究了 N-GQDs@Si3N4复合材料的物理力学性能规律,并深入研究N-GQDs的强韧化机理,结果表明,随着纳米木质素前驱体添加量的增加,N-GQDs@Si3N4复合材料的断裂韧性、抗弯强度和维氏硬度均呈现出先增大后减小的趋势。其中,当纳米木质素的添加量达到2wt.%时,N-GQDs@Si3N4复合材料获得最佳的综合力学性能:维氏硬度为18.36±1.52 GPa,抗弯强度为 988.98 ± 18.77 MPa,断裂韧性为 11.40 ± 0.82 MPa·m1/2。这是由于具有独特层状结构的N-GQDs可以吸收断裂能,在晶界相中起到“屏障”作用,在微观表现为裂纹钝化、裂纹偏转、裂纹桥接与裂纹分支,进而大幅提升氮化硅陶瓷材料的综合力学性能。（4）系统研究了单相氮化硅、GNPs/Si3N4复合材料和N-GQDs@Si3N4复合材料分别与GH4169配副时的干摩擦学性能,其结果表明,单相氮化硅/GH4169的磨损机制为严重的黏着磨损与磨粒磨损;GNPs的添加并未提升氮化硅干摩擦学性能,GNPs也并未起到润滑作用;而纳米木质素的添加则起到了改善氮化硅干摩擦学性能的作用:在添加纳米木质素后,销试样的磨损率相对于单相氮化硅降低了一个数量级,随着纳米木质素添加量的增大,盘试样的磨损率减小。其中,SN-2L/GH4169具有最为优异的摩擦学性能,平均摩擦因数最低,仅为0.22,销试样磨损率最低仅为1.74× 10-6mm~3/N·m,盘试样的磨损率仅为1.73 ×10-5mm~3/N·m。（5）深入研究了 N-GQDs@Si3N4复合材料/GH4169的减摩耐磨机制,结果表明,N-GQDs在摩擦过程未被破坏且在剪切力的作用下平铺汇聚（导致缺陷降低）,这些物质逐渐与金属元素相混杂,形成表面层;由于N-GQDs独有的晶体结构及优异的减摩性能,使表面层具有良好的减摩和保护作用;根据粘着磨损的Archard方程可知,SN-2L复合材料优异的力学性能有助于材料耐磨性的提升。因此SN-2L复合材料在大气环境下表现出优异的摩擦学性能。本研究工作的结果已然表明,采用纳米木质素前驱体制备的N-GQDs@Si3N4复合材料具有优异的力学性能与干摩擦学性能,不仅为纳米木质素的高价值利用提供新思路,而且为氮化硅陶瓷的强韧化与减摩耐磨提供了一个新的解决办法,具有重要的理论意义和实用价值。