本文在对硬脆材料的塑性域加工机理及加工表面微观特性的研究方法与进展水平深入系统的分析基础之上，找出了目前该领域尚可深入研究的内容，选择目前陶瓷界研究热点之一的纳米ZrO2增韧Al2O3复相陶瓷为研究对象，将复相陶瓷的纳米增韧改性技术和超声二维振动磨削技术相结合，以陶瓷压痕断裂力学，微观断裂物理学为理论基础，研究了硬脆材料二维超声振动磨削的脆-塑转变机理；建立了硬脆材料高效去除率模型；从磨削力特性、磨削温度、材料去除率和磨削表面微观特征等方面，系统研究了二维超声振动磨削参数对微-纳米复合陶瓷加工特性的影响，揭示微-纳米复合陶瓷这一新兴材料的二维超声高效塑性加工机理，寻求高效精密加工新工艺，进一步推动微-纳米复合陶瓷的工程实际应用。本文取得以下新的研究成果： 第一，提出了二维超声振动磨削技术。从运动学的角度分析了振动系统在外部二维简谐激振力的作用下产生的运动轨迹振动响应的基本条件和轨迹特征；基于二维超声振动磨削单颗磨粒切削运动轨迹仿真模型，定义了单颗磨粒在工件表面的“椭螺线”相对运动轨迹；运用机械阻抗综合法，进行了二维超声振动系统组合共振研究，建立了两个坐标联结的二维超声振动组合系统模型，获得了二维超声振动系统固有频率方程。 第二，微-纳米复合陶瓷二维超声振动磨削的脆-塑转变机理研究。基于二维超声振动磨削单颗磨粒与工件的接触状态分析，建立了二维超声振动磨削单颗磨粒的运动模型；基于压痕断裂力学模型，建立了硬脆材料二维超声振动磨削脆-塑转变临界条件；基于冲量理论和振动加工理论，采用力的叠加原理建立二维超声振动磨削力的数学模型和材料高效去除率数学模型。研究了粗细磨粒二维超声振动磨削微-纳米复合陶瓷的脆-塑转变特征，本论文实验研究结果表明，同样磨削条件下，二维超声振动塑性磨削力比普通磨削塑性磨削力要小20-30％；二维超声振动磨削区温度比普通磨削区温度低40％-50％；同样磨削条件下，二维超声振动磨削比普通磨削表面粗糙度可减小30-40％，加工效率可提高1-2倍。经放电等离子烧结制备的晶内型结构的Al2O3-ZrO2(n)微-纳米复合陶瓷，其沿晶/穿晶混合断裂模式及其丰富的位错组态有利于提高材料的塑性。 第三，借助扫描电镜、透射电镜，X射线衍射分析、原子力显微镜等多技术相融合的检测手段研究了微-纳米复合陶瓷二维超声振动磨削表面微观特性，探讨了二维超声振动磨削微-纳米复合陶瓷的材料去除机理。结果表明，粗粒度砂轮磨削Al2O3-ZrO2(n)微-纳米复合陶瓷时，材料是以晶界、空隙和微裂纹空间的破坏等方式为主要的去除机理。细磨粒精密磨削时，磨粒切入晶粒内部，工件材料内部微观分布的缺陷和材料的不均匀性直接影响磨削表面微观特性。材料的去除是由金刚石磨粒作用于陶瓷工件瞬间产生的所有微观变形和破碎累计完成的。微-纳米复合陶瓷微观变形机理为“晶内型”结构增强相的晶粒内位错，基体晶粒的晶界滑移、晶间第二相的协调变形为其变形协调机制。微-纳米复合陶瓷磨削表面残余应力是磨削负载、相变应力和裂纹产生释放残余应力的综合作用的结果。 基于上述研究，提出了微-纳米复合陶瓷二维超声振动磨削表面变质层结构模型：在一定的磨削条件下，微-纳米复合陶瓷二维超声振动磨削表层是以晶粒碎化的材料粉末化、以及少量的材料压碎和晶粒脱落等方式为主的塑性变形层，表层和基体之间的过渡层是以晶格畸变为主的塑性变形层，精密磨削微-纳米复合陶瓷材料，占主导方式的是塑性变形的材料去除机理。