氧化铝陶瓷因其优异的力学性能和耐高温性能而受到广泛关注,但氧化铝陶瓷的本质脆性限制了它在很多领域的应用,因此很多研究者针对如何提高氧化铝陶瓷的韧性开展了卓有成效的研究。本文将力学性能优异的石墨烯增强体加入到氧化铝基体中,研究了石墨烯含量和排布方式对氧化铝陶瓷的微观组织和韧性影响规律。本文利用液相混合法将氧化铝陶瓷颗粒和氧化石墨烯浆料均匀混合,采用极速冷冻的方法将混合液固相中的水转化为冰,同时氧化石墨烯和氧化铝陶瓷颗粒被固定住,后续通过冻干法去除冰获得了氧化铝陶瓷颗粒和氧化石墨烯的混合粉体,采用氢气将氧化石墨烯还原为石墨烯,同时采用原位致密化制备出了石墨烯/氧化铝复合材料,微观组织表明石墨烯在氧化铝陶瓷中是随机分布,石墨烯在基体中均匀分布,随着石墨烯含量的增加,复合材料的断裂韧性先增大后降低,当石墨烯含量为0.3 vol%时,所制备的复合材料断裂韧性(K_IC)最高,达到了6.8 MPa·m^1/2,弯曲强度提升到了421 MPa,相对于纯氧化铝陶瓷来说,断裂韧性提高了37%,弯曲强度提高了7%。同时研究表明,采用不同的烧结方法,获得纳米复合材料致密性和导电性有明显区别,采用放电等离子烧结的方法更有利于复合材料的致密化,石墨烯含量为10 vol%复合材料的致密度高达96%。石墨烯的加入,大大提高了氧化铝陶瓷复合材料的电导率,随着石墨烯含量的增加,电导率逐渐增加,当石墨烯含量为10 vol%时,所制备的复合材料的电导率最高可达4.13×10³ S/m,而氧化铝基体通常是电绝缘的。在上述工作基础上,以氧化石墨烯和一水合氧化铝为原料,通过改变冷冻速度和控制温度场,可以有效的控制水结晶的方向,从而可以有效的控制氧化石墨烯的排布方向,经过干燥和还原后得到石墨烯/一水合氧化铝复合海绵,利用热压烧结的方法制备出致密的氧化铝陶瓷复合材料。研究结果表明,这种纳米复合材料具有层状结构,石墨烯在复合材料中定向排布,而且没有发生团聚。这种层状结构复合材料具有优异的韧性,当石墨烯含量为4 vol%时,复合材料的断裂韧性(K_JC)高达22.0 MPa·m^1/2,是纯氧化铝陶瓷的7倍,扫描电镜结果表明,裂纹的扩展轨迹曲折,这是石墨烯在基体中的有序排列造成的,阻碍了裂纹的扩展,延长了裂纹扩展的路径。这种层状结构的纳米复合材料还具有较高的模量（287GPa）和优异的电导率（⁸25 S/m）。研究结果还发现,随着石墨烯含量的增加,复合材料的断裂韧性呈现先增大后降低的趋势。