陶瓷刀具以其较高的硬度、良好的耐磨性和高温稳定性，已经成为高效高精密加工的重要刀具之一。但是陶瓷刀具材料的断裂韧度仍偏低，其力学性能的高低主要取决于微观组织结构，为此有必要对陶瓷刀具材料的微观组织结构进行模拟和优化设计，为进一步提高陶瓷刀具材料的断裂韧度提供理论指导。本文利用Monte Carlo Potts模型模拟烧结过程中陶瓷刀具材料微观组织结构演变，系统研究了Monte Carlo Potts模型的模拟算法，提出了新的H-FMonte Carlo模拟算法，并进行了实验验证。研究了Monte Carlo Potts模型及Monte Carlo模拟算法，提出了H-FMonte Carlo模拟算法，该算法首先对随机选择的当前晶格点阵进行晶粒边界判断，仅对处于晶粒边界上的晶格点阵进行重新取向尝试，提高了模拟效率。基于微软公司开发的Visual C++6.0平台，利用C++语言，对H-F Monte Carlo算法和R-Z Monte Carlo算法进行编程，开发了H-F Monte Carlo模拟算法程序（H-F MCSPⅠ）和R-Z Monte Carlo模拟算法程序（R-Z MCSP），并对微观组织结构演变过程进行了模拟。结果表明，H-F Monte Carlo模拟算法的模拟效率明显高于R-Z Monte Carlo模拟算法的模拟效率。当晶粒取向Q值为90、150或200时，可有效消除晶粒粗化现象，当晶粒取向Q值为200和晶格点阵尺度为500×500时，具有良好的模拟效果。建立了两相陶瓷刀具材料微观组织结构演变的Monte Carlo Ports模型，该模型考虑了材料体系的晶界能和两相材料之间的相互扩散。创新性地采用具有一定的初始平均晶粒半径的仿真区域作为模拟烧结过程微观组织结构演变模拟的初始组织，利用开发的H-F MCSPⅡ模拟程序，考虑材料体系中晶界能比例、初始粉末形状及含量对模拟结果的影响，在规则单元和非规则单元的条件下模拟了烧结过程中两相陶瓷刀具材料微观组织结构的演变。结果表明，具有相同晶界能的基体相之间，较易扩散，晶粒生长快；第二相颗粒对基体相晶粒生长具有阻碍作用，第二相含量越大，对基体相晶粒生长的阻碍作用越强；两相之间的晶界能增大时，第二相对基体相晶粒生长的阻碍作用减弱。采用非规则单元模拟的微观组织结构更接近实验烧结时陶瓷刀具材料的微观组织结构形貌。建立了烧结过程中含有气孔、液相和烧结助剂时陶瓷刀具材料微观组织结构演变的Monte Carlo Potts模型，在开发的H-F MCSPⅠ和H-F MCSPⅡ的基础上，对含有气孔、液相和烧结助剂时陶瓷刀具材料微观组织结构演变进行了模拟。结果表明，单相和两相陶瓷刀具材料致密度随模拟时间的变化趋势及两种刀具材料的致密度基本相同，两相陶瓷刀具材料的平均晶粒半径始终低于单相材料的，液相的存在可以促进致密化过程。烧结助剂对基体相晶粒的生长具有较强的钉扎作用，明显阻碍晶粒的生长。在相同的模拟时间内，不含气孔时刀具材料模拟的平均晶粒半径大于含有气孔时刀具材料的平均晶粒半径。平均晶粒半径均随模拟时间的增加而增大。建立了模拟时间和实际保温时间之间的关系模型，建立了烧结温度、烧结压力和微观组织结构演变之间的关系，并将其耦合到模拟程序中，实现了考虑烧结工艺参数时烧结过程中陶瓷刀具材料微观组织结构演变的模拟。结果表明，模拟后的陶瓷刀具材料平均晶粒半径随模拟时间的增加而增大，利用温度因子法模拟的平均晶粒半径随温度升高而增大，模拟的平均晶粒半径随压力的升高而增大，但是烧结压力对晶粒生长的影响程度小于烧结温度的影响，这与实际实验结果基本吻合，证明了模型的正确性。在考虑气孔、液相和烧结助剂的条件下，模拟了烧结过程中单相和两相Al₂O₃基陶瓷刀具材料微观组织结构的演变，并进行了实验验证。结果表明，单相和两相Al₂O₃基陶瓷刀具材料平均晶粒直径的模拟值略低于实测值，其主要原因是将MgO作为惰性粒子，仅考虑了其钉扎作用，忽略了液相引起的颗粒重排问题，假设模拟前的粉末之间存在晶界能，仅考虑晶界扩散而忽略了其它扩散方式等。刀具材料平均晶粒直径的模拟值和实测值之间的误差率仅为12.1-18.2％，可认为具有较高的模拟精度，证明了模拟方法的正确性，为设计陶瓷刀具材料、优化烧结工艺参数和刀具力学性能奠定了基础。