利用计算机技术对自润滑陶瓷刀具的烧结过程中微观组织演化的模拟,可以揭示烧结机理,优化实验参数,对指导新型自润滑陶瓷刀具设计开发具有重要意义。本文基于MC（蒙特卡洛）方法对自润滑陶瓷刀具的烧结过程中的微观组织变化进行了研究,得出了最佳的材料组分以及烧结条件。基于有限元方法研究了残余热应力场对于提升刀具力学性能的作用,验证了MC方法的可靠性。基于MC方法设计开发了Al2O3/SiC/h-BN@Al2O3自润滑陶瓷刀具并进行了实验的制备表征,为自润滑陶瓷刀具的设计开发提供了一种新的方法。基于MC方法以Al2O3/TiC陶瓷刀具材料为基体构建了Al2O3/TiC/TiB2陶瓷刀具材料的微观组织模型,设计了一种包覆型固体润滑剂h-BN@Al2O3的模型构建方法,进而建立了Al2O3/TiC/TiB2/h-BN@Al2O3自润滑陶瓷刀具材料的微观组织模型;分别研究了TiB2、h-BN@Al2O3含量、烧结温度以及烧结压力对刀具烧结过程中微观组织的影响,得出了最优实验参数:TiB2和h-BN@Al2O3的最优添加量分别为10 vol%和5 vol%,最佳的烧结温度和烧结压力为1650℃和32 MPa。根据前文MC方法得到的各组分刀具的微观组织模型,基于有限元方法分别建立了Al2O3/TiC陶瓷刀具、Al2O3/TiC/TiB2陶瓷刀具以及不同固体润滑剂含量的Al2O3/TiC/TiB2/h-BN@Al2O3自润滑陶瓷刀具材料微观组织的有限元模型。使用有限元方法对各陶瓷刀具在降温冷却过程中的残余热应力场进行了模拟,研究了不同刀具材料组分以及不同固体润滑剂含量对刀具模型残余热应力场变化的影响,得出Al2O3/TiC/10 vol%TiB2/5 vol%h-BN@Al2O3自润滑陶瓷刀具微观组织具有较合理的最大残余拉压应力和残余压应力连接呈片状的分布状态。由此得出残余应力增韧陶瓷刀具的机理为:残余热应力场的存在极大的提高了刀具在受外力作用时微观组织内部残余拉应力的幅值和分布规模,促进微裂纹尖端的闭合,有利于提升自润滑陶瓷刀具的力学性能。在以上研究的基础上,以Al2O3为基体、SiC为增强相、h-BN@Al2O3为固体润滑剂,设计了Al2O3/SiC/h-BN@Al2O3自润滑陶瓷刀具材料。基于MC方法构建了Al2O3/SiC/h-BN@Al2O3自润滑陶瓷刀具材料模型并对烧结过程进行了模拟,研究了增强相SiC的粒径和含量、包覆型固体润滑剂h-BN@Al2O3的含量、烧结压力以及烧结温度对刀具微观组织的影响,得到了最佳的组分参数和烧结参数:SiC的最佳添加量和粒径分别为3 vol%和0.05μm,h-BN@Al2O3的最优添加量为5 vol%,最佳的烧结温度和烧结压力为1650℃和30 MPa。采用以上参数制备了Al2O3/SiC/h-BN@Al2O3自润滑陶瓷刀具材料并对刀具材料进行了力学性能表征和微观组织形貌分析。实验制备的Al2O3/3 vol%SiC/5 vol%h-BN@Al2O3自润滑陶瓷刀具的抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度分别为722.42 MPa,6.5 MPa·m1/2,20.65GPa。刀具微观组织内部晶粒大小均匀,致密性较好。由此实验验证了采用MC方法进行刀具材料设计的有效性,极大缩短了刀具材料设计周期,提升了材料性能。