W及其合金具有高熔点、高密度和低蒸气压等优异的特性,是高温领域不可或缺的结构材料,广泛用于航空航天、核反应堆、武器装备等领域。但纯W的低温脆性,服役温度超过再结晶温度时组织不稳定发生晶粒长大、杂质晶界聚集增加、晶界弱化导致硬度与强度显著下降即所谓的“再结晶脆性”,以及辐照脆化等问题严重影响了其服役性能,因此,研发具有更高再结晶温度、良好强韧性的W合金是未来发展趋势。在基体中引入细小且弥散分布的碳化物或氧化物颗粒,是提高W合金综合力学性能的有效方法。Al2O3硬度高、耐磨性好且成本低廉,是一种优良的增强体。目前关于Al2O3颗粒弥散增强W合金的研究尚无报道。本文系统研究了Al2O3颗粒增强W合金的复合粉体水热合成+液液掺杂制备动力学、烧结致密化工艺优化及晶粒细化机制、高温变形行为及本构方程与热加工图等热加工特性、旋锻工艺对组织结构与力学性能的影响、强化机制以及组织热稳定性与性能演变。获得以下主要研究成果:(1)水热合成+液液掺杂制备W-Al2O3复合粉体的结果表明,溶液pH值、偏钨酸铵初始浓度和保温时间对WO3前驱粉体晶粒尺寸具有明显影响。随pH值和浓度增大,晶粒形核速率提高,制备出的粉体晶粒尺寸逐渐变小。随保温时间延长,粉体粒度增大。采用液液掺杂,实现了 WO3·0.33H2O和AlO(OH)前驱体均匀混合。经500℃煅烧,得到WO3-Al2O3复合粉体,经两段H2还原成功制备出混合均匀的W-Al2O3复合粉体。随Al2O3含量的增加,W-Al2O3复合粉体平均粒径从1300 nm减小到15 nm,逐渐呈球形。H2还原过程中,依附在WO3颗粒表面的Al2O3颗粒降低了 WO2(OH)2生成速率,抑制了气相迁移过程,细化了复合粉体。(2)采用放电等离子烧结和感应烧结技术均制备出W-Al2O3合金,Al2O3的加入提高了复合粉体的烧结活性,有效提高了力学性能。经感应烧结后,随Al2O3含量从0增至1.0 wt.%,平均晶粒尺寸从10减少到3 μm。当Al2O3为0.25 wt.%时,具有最高硬度、压缩强度和断裂韧性,分别为386 HV,1318 MPa和5.9 MPa·m1/2。亚微米或纳米级的Al2O3颗粒弥散分布于W基体中,较大颗粒趋向于分布W晶界处,较小颗粒分布于W晶粒内,并能有效抑制W晶界迁移,减缓W晶粒长大速度。当Al2O3含量≥0.5 wt.%时,其颗粒团聚严重,钉扎效果减弱,导致组织不均匀。(3)通过热模拟实验,测定了 W-Al2O3合金不同温度(1300～1600℃)、不同应变速率(10～0.01 s-1)流变应力-应变曲线,并分析了其变形组织演变规律;基于Arrhenius模型构建了流变应力与温度、应变速率及应变之间的本构方程;建立了基于能量耗散率和失稳准则的W-Al2O3合金热加工图,确定了旋锻热加工工艺参数。(4)经旋锻后,W-Al2O3合金的相对密度由烧结态的96.8提高到99.6%以上,硬度由烧结态的386提高到559 HV。W与Al2O3颗粒界面结合良好,旋锻过程中,界面处发生非协调变形,W原子偏离平衡位置导致W与Al2O3界面处产生5～10 nm厚的非晶过渡层。旋锻态W-0.25wt.%Al2O3合金室温硬度(559HV)和断裂韧性(21 MPa·m1/2),比旋锻态纯W分别提高30%和52%;800℃温度抗拉强度为611.1 MPa,比纯W提高了 18%。强化机制为细晶强化、弥散强化和第二相强化。旋锻态W-0.25wt.%Al2O3合金的初始再结晶温度为1600℃,比纯W的高300℃。温度≥1400℃时,旋锻态W-Al2O3合金的硬度和断裂韧性值逐渐趋于稳定,纯W的急剧下降,W-Al2O3合金比纯W具有更好的组织热稳定性。