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本文根据金属切削陶瓷刀具在实际切削过程中的工况条件,以提高陶瓷刀具材料的综合力学性能为目的,针对目前陶瓷刀具材料,特别是Al2O3基陶瓷刀具材料“硬而脆”的问题,将石墨烯作为增强相引入Al2O3基陶瓷刀具材料中,制备了石墨烯增韧Al2O3纳米复合陶瓷刀具材料（GA）和石墨烯增韧Al2O3/Ti（C,N）纳米复合陶瓷刀具材料（GATCN）;研究了石墨烯及纳米粉体的分散特性;石墨烯含量对其复合陶瓷刀具材料力学性能的影响;研究了GATCN纳米复合陶瓷刀具材料的切削性能。采用沉淀体积测量法选定了石墨烯、Al2O3和Ti（C,N）粉体的分散剂种类,并获得了Al2O3和Ti（C,N）的分散剂的具体使用量;在沉淀体积测量法的基础上,采用紫外可见分光光度法对石墨烯的分散剂及其用量进行了定量研究;采用透射电子显微镜（TEM）与激光共聚拉曼光谱仪（Ramam Spectrum）对比观察了各种粉体的分散效果。结果表明:Al2O3和Ti（C,N）的分散剂选用聚乙二醇（PEG-4000型）,最佳用量分别为所分散粉体质量的2%和1%;石墨烯的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮（PVP）,用量为石墨烯质量的60%。利用真空热压烧结工艺制备了GA、Al2O3/Ti（C,N）（ATCN）和GATCN纳米复合陶瓷刀具材料;优化了ATCN纳米复合陶瓷刀具材料的组分,并对其力学性能进行了测试;考虑到石墨烯是一种二维片状材料,对GA和GATCN纳米复合陶瓷刀具材料分别在垂直于热压方向（VHPD）与平行于热压方向（PHPD）上进行了力学性能的测试,测试发现石墨烯的含量对GA和GATCN纳米复合陶瓷刀具材料的力学性能具有显著影响。试验结果表明:当Ti（C,N）含量为15vol%时,ATCN纳米复合陶瓷刀具材料具有最佳的综合力学性能,其断裂韧性、抗弯强度和硬度分别达到了:5.6MPa·m1/2、561MPa和19GPa;对于GA纳米复合陶瓷刀具材料,石墨烯的增韧效果明显,断裂韧性与抗弯强度的各向异性现象明显,VHPD面上的数值均大于PHPD面上的数值。当石墨烯含量为0.75vol%时,其断裂韧性、抗弯强度和硬度分别为6.2MPa·m1/2、461MPa和16.8GPa,其断裂韧性和抗弯强度较未添加石墨烯组分均提高了59%;对于GATCN纳米复合陶瓷刀具材料,当石墨烯含量为0.75vol%时,其断裂韧性、抗弯强度和硬度分别为7.1MPa·m1/2、663MPa和19.2GPa,其断裂韧性和抗弯强度较未添加石墨烯组分提高了31%和15%;对于各向异性,在GA纳米复合陶瓷刀具材料中,VHPD面上的断裂韧性和抗弯强度较PHPD面上的数值分别提高了38%和39%。在GATCN纳米复合陶瓷刀具材料中,VHPD面上的抗弯强度较PHPD面上的数值提高了15%。采用扫描电子显微镜（SEM）观察了材料断面与表面的微观结构;通过计算能量释放率解释了GA纳米复合陶瓷刀具材料压痕裂纹在VHPD和PHPD面上的长度变化。观察结果表明:石墨烯片层之间相互平行且垂直于热压方向;石墨烯的增韧机理为石墨烯拔出、石墨烯桥接与石墨烯拉断。选取综合力学性能最优的添加0.75vol%石墨烯的GATCN纳米复合陶瓷刀具材料制成刀具,对45钢进行了切削试验。研究了石墨烯对切削性能的影响;不同切削速度、进给量和背吃刀量对GATCN纳米复合陶瓷刀具寿命后刀面磨损量、表面粗糙度的影响;分析了GATCN纳米复合陶瓷刀具的主要磨损形式和减摩机理。试验结果表明:石墨烯的加入可增大刀具的切削距离、获得更好的表面粗糙度和更低的前刀面摩擦系数;当切削速度为160m/min、背吃刀量为0.1mm和进给量为0.102mm/r时,GATCN纳米复合陶瓷刀具的最大切削距离为6500m,已加工表面粗糙度约为1.2μm;其主要磨损形式为粘结磨损和磨粒磨损,并伴有轻微的沟槽磨损;具有取向特性的石墨烯在刀具的前后刀面均可起一定的减摩作用。