现代化工业的迅速发展,带动了切削刀具的不断创新和飞速发展,如今,切削刀具在航空航天、汽车、医疗器械等领域中被广泛的应用。复相陶瓷刀具材料是一类具有较高的硬度、耐磨性和低的热膨胀系数等特点的刀具材料。但是,研发新型陶瓷刀具材料投资大、周期长,而借助计算机数值模拟方法,从微观尺度预测其宏观力学性能,成本低效率高,逐渐成为研究陶瓷刀具材料性能的新方法。本课题基于ABAQUS二次开发,借助Voronoi法构建了陶瓷刀具材料微观结构模型。结合细观有限元法、内聚力模型方法,形成了系统预测材料弹性模量、裂纹扩展的有效方法,预测了Al2O3/TiB2复相陶瓷刀具材料的弹性性能与抗裂纹扩展能力,揭示了微观结构对弹性性能和断裂韧性的影响规律。并采用等离子烧结工艺,制备了Al2O3/TiB2复相陶瓷刀具材料,验证了预测方法的合理性。提出了一种基于Voronoi法的陶瓷刀具材料二维微观结构模型构建方法。在设定的随机因子α下,在ABAQUS上建立了反映材料实际微观结构的有限元模型,并创建了GUI界面,提升了建模的效率。同时,基于设定的形状因子β,使用移动窗口法确定了代表性体积单元的合理尺寸。建立了宏微观联系的周期性边界条件,并优化了网格节点约束方式,通过单向拉伸模拟,预测了陶瓷刀具材料弹性模量。系统研究了平均粒径、增强相体积分数、气孔率等因素对弹性模量的影响。结果表明,随着平均粒径、气孔率的增加,其弹性模量逐渐减小,而随着增强相体积分数的增加,其弹性模量逐渐增大。基于牵引-分离准则,构建了微观结构内聚力模型,提出了陶瓷刀具材料裂纹扩展有限元模拟方法。系统探讨了晶界能、粒径大小、增强相体积分数、气孔率对裂纹扩展的影响。结果表明,晶界能越强,越容易出现穿晶现象;随着平均粒径的减小,其裂纹扩展路径越曲折,断裂韧性逐渐增大;随着增强相体积分数增加,其裂纹扩展路径越曲折,而断裂韧性先增大后减小;随着气孔率增加,其裂纹扩展路径趋于一致,断裂韧性逐渐降低。采用等离子烧结工艺制备了Al2O3/TiB2陶瓷刀具材料,研究了烧结温度、保温时间、增强相体积分数对材料力学性能的影响。结果表明,在烧结温度为1600℃,保温时间为7min,增强相TiB2体积分数为20%时,陶瓷刀具材料的综合性能最优,其断裂韧性、硬度和弯曲强度分别为:5.38 MPa·m1/2、18.32 GPa、601.21 MPa。