陶瓷刀具在干切削过程中表现出高硬度、高红硬性和耐磨性等优异的切削性能,适合于高温镍基合金、合金结构钢以及淬硬钢等难加工材料的加工,具有良好的应用前景。目前,TiB₂基陶瓷刀具存在材料成分体系不明确、制备难度大、硬度较高但抗弯强度低、断裂韧度差、切削加工性能不理想等问题,依托国家自然科学基金项目（51405326）,以研制高性能TiB₂基陶瓷刀具为目标,依据复合陶瓷刀具材料的设计原则,将HfC、TiC和TiN作为增强相,以Ni、Co、（Ni,Mo）和（Ni,Co）为金属粘结相,采用真空热压烧结技术制备出三种新型TiB₂基陶瓷刀具TiB₂-20 wt.%HfC（TH20NC3）、TiB₂-20 wt.%HfC-32 wt.%TiC（TH20C32NC）和TiB₂-20 wt.%HfC-24 wt%Ti N（TH20N24NC）,并对其微观组织、力学性能、增韧补强机理、摩擦磨损机理、切削性能及失效机理进行了系统研究。研究内容主要如下:1)刀具制备工艺的研究。研究材料组分和烧结参数对新型TiB₂基陶瓷刀具材料微观组织和力学性能的影响,以力学性能为衡量指标,采用模糊向量单值化法对材料组分和烧结参数进行优化,确定刀具材料制备烧结的工艺方法,制备出有高抗弯强度、较高断裂韧度和硬度的TH20NC3、TH20C32NC和TH20N24NC三种新型Ti B₂基陶瓷刀具,实现切削刀具硬度和韧性的合理匹配。2)刀具材料微观组织对力学性能的影响。研究在不同制备工艺条件下刀具材料的微观组织及断口形貌,建立“芯-壳”结构和HfC颗粒弥散协同作用的增韧补强模型和裂纹扩展模型,揭示协同作用下的“芯-壳”结构与颗粒弥散的共存耦合结构对陶瓷刀具材料产生了增韧补强机制。研究结果表明:在TiB₂-HfC和TiB₂-HfC-TiN陶瓷刀具材料内部存在“芯-壳”结构和HfC颗粒弥散共存的耦合结构,其中“芯”由TiB₂晶粒组成,“壳”由基体相、增强相和金属相形成的复杂固溶体组成,TH20NC3和TH20C32NC刀具的增韧补强机理是“芯-壳”结构、HfC颗粒弥散;TH20N24NC刀具的增韧补强机理是HfC颗粒弥散;陶瓷刀具的断裂模式为沿晶断裂和穿晶断裂共存。3)刀具的摩擦磨损性能研究。针对316奥氏体不锈钢、TA2钛合金和YG6X硬质合金三种典型难加工材料,开展摩擦磨损性能研究。研究结果表明:干摩擦条件下,三种刀具与三种典型材料间的摩擦系数和磨损率均呈现基本相同的变化趋势,即摩擦系数随载荷和滑动速度的增大而减小,磨损率随载荷和滑动速度的增大而增大;TH20NC3刀具材料与316奥氏体不锈钢和YG6X硬质合金表现出良好的耐磨性,TH20C32NC刀具材料与TA2钛合金表现出良好的耐磨性;三种刀具与316奥氏体不锈钢的磨损机理主要为粘着磨损和氧化腐蚀磨损,与TA2钛合金的磨损机理主要为粘着磨损,与YG6X硬质合金的磨损机理主要为磨粒磨损。4)刀具的切削性能研究。基于速度递减法设计三种材料的湿、干切削正交实验,研究三种刀具分别连续切削316奥氏体不锈钢、Cr12Mo V淬硬模具钢和38CrMoAlA合金结构钢时的切削性能和失效机理,获得最佳的切削工艺参数。研究结果表明:湿切削条件下连续切削316奥氏体不锈钢时,TH20NC3刀具展现出良好的切削性能,工件的表面粗糙度可达0.4μm;干切削条件下连续切削Cr12MoV淬硬模具钢时,TH20NC3刀具表现出良好的切削性能,工件的表面粗糙度可达0.95μm;干切削条件下连续切削38CrMoAlA合金结构钢时,TH20C32NC刀具表现出良好的切削性能,工件的表面粗糙度可达0.27μm。此外,三种刀具失效形式主要是粘着磨损。并通过三种刀具与商用刀具切削性能对比实验得知,TH20NC3刀具干切削条件下表现出良好的切削性能。论文研究结果表明,基于模糊向量单值化、速度递减和正交实验法,可实现刀具材料在真空热压烧结过程中的“芯-壳”结构和HfC颗粒弥散共存的耦合结构,获得具有高抗弯强度、较高韧性和硬度的TiB₂基增韧补强型陶瓷刀具,较好地解决了Ti B₂基陶瓷刀具制备困难、抗弯强度低和断裂韧度差等问题,为新型刀具的生产应用提供了一定的依据。