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层状复合陶瓷是一类在珍珠云母、贝壳等基础上发展起来的强韧化陶瓷。本文从多层复合陶瓷的设计思路和工程应用要求出发，设计了表面薄层—主要成分为30wt%Al2O3+ZrO2和45wt%Al2O3+ZrO2，中间厚层—主要成分为5wt% Al2O3+ZrO2的三层结构复合陶瓷，表面层厚度在300～700um范围内。利用透射电子显微镜、扫描电子显微镜、X—Rays衍射分析仪、能谱分析仪、力学性能测试等实验设备和手段，系统研究了Al2O3/ZrO2层状复合陶瓷工艺、组织、性能之间的关系，为该层状复合陶瓷的组成和结构设计、组织控制和工艺优化提供了理论依据。为了克服层状陶瓷烧结的各向异性，本研究在采取无压烧结的基础上，通过调节表面层配方、采用波浪的界面结构及降低升温速率等手段，在1630℃×2h烧结，获得相对密度达到98%以上的制品。表面组成45wt%Al2O3+ZrO2的层状陶瓷抗弯强度为682MPa，硬度15.56GPa，断裂韧性20MPa·m1/2，较单层陶瓷提高30～50%。进一步的研究结果表明，层状复合陶瓷表现出R-曲线行为特征，具有对表面裂纹的不敏感性，在表面裂纹尺寸达到600um时，抗弯强度仍保持在400MPa以上。用压痕法测热震稳定性能实验表明，该层状复合陶瓷临界热震温差ΔTc=400℃，高出单层陶瓷150℃左右，同时表现出与厚度无关的优异性能。将40×40×8mm的层状复合陶瓷用于(250mm双辊连铸机侧封上，初步试验表明该层状复合陶瓷显示出一定的优越性能,可望在大机组及其它高温较恶劣工况下使用。研究结果表明，在含四方t-ZrO2的层状陶瓷中，表面压应力的存在，极大地吸收由外加应力引起的应变能，强化了ZrO2的相变增韧作用。合适大小的表面压应力的存在，细化了晶粒，抑制了烧结过程中四方相向单斜相的转变，大大的增加了可相变四方相的含量，提高断裂能；同时，该层状陶瓷的表面断口形貌由单层5%Al2O3+ZrO2陶瓷的沿晶和穿晶混合型断裂转变为穿晶断裂，并观察到裂纹沿界面偏转。所有这些，都极大的提高了Al2O3/ZrO2层状复合陶瓷的相变增韧作用。本文通过TEM的分析，观察到在四方相晶体内原位发生t-m马氏体相变，孪晶m-ZrO2条纹的生成。晶体学的进一步分析证明，表面压应力的存在，没有改变四方相和单斜相的晶体学位向关系，（100）m//（010）t位相关系仍然存在。对层状陶瓷层与层间的应力分析表明，层间拉应力是层裂发生的主要原因，当层间拉应力大于200～250MPa时，层裂发生。引入层裂参数λ作为层裂与否的判据。当层裂参数小于1时，表面不会出现裂纹，大于1时，层裂出现并逐渐增多。对压痕法测含ZrO2层状陶瓷的压痕裂纹驱动力的分析表明：传统的压<WP=5>痕法计算断裂韧性公式既没有考虑相变应力对压痕裂纹的驱动力，同时也没有考虑表面残余压应力对表面裂纹的抑制作用。因此，用传统的压痕法公式计算层状ZrO2陶瓷的断裂韧性会带来较大的误差。用压痕—断裂法（Indentation-fracture）测量和计算，能反映材料断裂韧性的物理本质，测量值较可靠。