随着航空航天技术的发展,对陶瓷材料的结构稳定性和安全可靠性的要求越来越高。结构陶瓷材料由于具有较高的热膨胀系数,在经历大的温度梯度时会产生热应力,对材料的结构造成损伤,降低了材料的抗热震性和抗氧化烧蚀性。因此,在结构陶瓷材料基体中添加具有各向同性负热膨胀ZrW₂O₈材料以降低结构陶瓷的热膨胀系数,减小热应力,成为改善结构陶瓷抗热震性能的有效途径。论文以力学性能优异的ZrO₂作为基体材料,与第二相各向同性负热膨胀ZrW₂O₈复合,制备近零膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷基复合材料,通过性能的表征与分析优选合适的制备工艺,并对影响材料性能的尺寸效应进行了相应的分析。为了掌握各向同性负热膨胀ZrW₂O₈材料的性质,本文首先对第二相ZrW2O8材料的相变分解和固相合成进行研究。热力学计算表明ZrW2O8在常温下具有自发分解的趋势;通过选取不同的温度点加热单相ZrW₂O₈试样,对冷却后的试样成分进行检测以判断ZrW2O8是否分解,结合差示扫描量热-热重分析（DSC-TGA）分析可知,ZrW₂O₈在780℃¹108℃温度范围内发生失稳分解,产物为ZrO₂和WO3,低于该温度区间ZrW₂O₈可以稳定的存在,高于该温度区间ZrW₂O₈的固相合成反应会快速进行,1180℃以上ZrW₂O₈将会出现液相直至熔化。以ZrO₂、WO3为原料固相合成ZrW2O8的实验表明,冷却方式和烧结温度对ZrW2O8的合成率具有重要影响,适宜的烧结温度区间为1170℃-1200℃,水冷为最佳冷却方式。在ZrW₂O₈相变分解和固相合成的研究基础上,采用混合定律模型、Turner模型和Kerner模型三种热膨胀系数预测模型对不同配比ZrO2/ZrW₂O₈复合材料的热膨胀系数进行预测;分别采用热压烧结法和常压烧结法探索机械混合方式和原位反应合成方式制备ZrO₂/ZrW₂O₈复合材料,通过对比分析了不同制备方法的特点,并提出了热压烧结技术的改进方法和密闭坩埚WO3粉体包埋试样法。常压烧结机械混合方式制备ZrO₂/ZrW₂O₈复合材料发现当ZrO₂与ZrW₂O₈质量比范围为1.5:1¹.3:1时可以得到热膨胀系数为1.69×10-6/K^-0.53×10-6/K的近零膨胀复合材料,ZrW₂O₈相的实际体积分数为37%⁴2%,压缩强度最大达到150MPa;常压烧结原位反应合成方式制备ZrO2/ZrW₂O₈复合材料发现当ZrO₂与WO3质量比为0.93:1⁰.81:1时可以制得热膨胀系数为1.08×10-6/K^-1.67×10-6/K的近零膨胀复合材料,ZrW₂O₈相的实际体积分数为40%⁴4%,此时试样的烧结致密度与压缩强度都出现了明显的下降,通过微观组织形貌分析了原因,获得了近零膨胀ZrO₂/ZrW₂O₈复合材料最佳制备工艺。采用有限元建模分析的方法探讨了ZrO₂/ZrW₂O₈陶瓷基复合材料的尺寸效应,建立了试样尺寸与热膨胀系数和热应力的关系,为ZrO₂/ZrW2O8大尺寸化与高强度化的发展奠定基础。