由于石墨烯自身在物理特性以及力学性能方面都具有突出的表现,其一直以来被视为理想型的陶瓷复合材料的增强体。然而石墨烯片层之间存在的范德华力以及较大的π-π作用力致使其在陶瓷材料中很容易会出现堆叠以及团聚的现象,这严重削弱其对陶瓷材料的增强效果。针对石墨烯在陶瓷材料中难易均匀分散以及其与陶瓷材料之间难以形成良好接触界面的问题,本课题在选择使用Hummers法制备含有大量含氧官能团且带负电荷的氧化石墨烯（GO）基础上,利用经硅烷偶联剂表面修饰后的带正电荷的纳米氧化铝（Al2O3）粉体与GO之间的静电作用力使得GO均匀吸附在纳米Al2O3的表面上,经高温还原得到石墨烯包覆纳米氧化铝（AlO3@RGO）核-壳型复合粉体。本文分别以Al2O3/TiC和Al2O3/TiB2为基体,采用热压烧结（HP）工艺制备AlO3@RGO核-壳型陶瓷刀具材料,并考察其微观结构与力学性能之间的关系。在相同烧结工艺参数下,采用以GO为起始纳米添加相制备原位还原氧化石墨烯（RGO）增强的陶瓷刀具材料,通过其与添加AlO3@RGO核-壳型复合粉体的陶瓷刀具材料相对比,研究石墨烯的添加方式对陶瓷刀具材料中石墨烯的分散水平以及其与陶瓷刀具材料之间界面结合强度的影响,揭示Al2O3@RGO核-壳型复合粉体对陶瓷刀具材料的微观组织结构、相关力学性能、摩擦磨损性能和切削性能的作用机制和影响规律。本课题研究的相关内容和获得的研究结论如下所示:（1）提出制备石墨烯包覆纳米颗粒的核-壳型复合粉体并将其作为纳米添加相用以制备具有优异力学性能的核-壳型陶瓷刀具材料的设计思路与设计原则,建立相应的刀具设计模型并进行相应的计算。在此基础上,以设计纳米陶瓷刀具材料的要求作为参考,将设计陶瓷刀具材料组份以及制备的技术等相关因素作为着手点,选取刀具材料组成体系,对刀具材料各组分之间的物化相容性进行分析。（2）采用简单的静电自组装法,以廉价的硅烷偶联剂作为有机自组装介质,利用带负电荷的GO与经硅烷偶联剂表面修饰后带有正电荷的纳米AlO3颗粒之间的电荷吸引作用成功地将纳米AlO3颗粒与GO结合在一起,进一步高温还原制得石墨烯包覆纳米氧化铝（Al2O3@RGO）核-壳型复合粉体,同时对其自组装机理、合成条件进行了研究,并通过XRD、Raman、FTIR、TAG、SEM、XPS、TEM等测试技术对其微观结构和物相组成进行了分析表征。研究结果表明:石墨烯均匀、致密地包覆在纳米Al2O3颗粒的表面上,并与纳米Al2O3颗粒之间形成了较强的界面结合。（3）分别以Al2O3/TiC和Al2O3/TiB2为基体材料,采用热压烧结工艺制备Al2O3@RGO核-壳型陶瓷刀具材料,并考察其微观结构与力学性能之间的关系。在相同烧结工艺参数下,选择使用GO作为起始纳米添加相来实现对原位还原氧化石墨烯增强的陶瓷刀具材料的制备,通过其与添加A12O3@RGO核-壳型复合粉体的陶瓷刀具材料进行对比,当Al2O3@RGO核-壳型复合粉体在陶瓷刀具材料中添加的含量存在差异时,对其力学性能以及微观组织结构产生的影响进行研究。通过研究的结果表明:当添加3.0 vol.%A12O3@RGO核-壳型复合粉体时,ATC-G@3.0刀具材料的整体力学性能最佳,其硬度为19.52 GPa,抗弯强度为1063.52 MPa,断裂韧性为9.16 MPa·m1/2,与添加3.0 vol.%GO的ATC-G3.0刀具材料相比,其分别提高 1 6.82%,27.92%,26.87%;当添加 3.0 vol.%Al2O3@RGO核-壳型复合粉体时,ATB-G@3.0刀具材料的整体力学性能最佳,其断裂韧性为8.42 MPa·m1/2,硬度为 21.19 GPa,抗弯强度为 998.69 MPa,与添加 3.0 vol.%GO的ATB-G3.0刀具材料相比,其分别提高26.61%,16.1 1%,35.46%。通过对陶瓷刀具材料的微观结构分析可知,添加Al2O3@RGO核-壳型复合粉体能够有效改善陶瓷刀具材料中石墨烯的分散水平以及其与陶瓷刀具材料两者之间界面结合的强度,从而从整体上将陶瓷刀具材料的力学性能进一步增强。（4）通过摩擦磨损试验系统研究热压烧结制备的Al2O3@RGO核-壳型陶瓷刀具材料的摩擦磨损性能。在本章的内容中主要以法向载荷以及滑动速度作为变量,选择应用单因素实验的方式,以Al2O3@RGO核-壳型陶瓷刀具材料作为研究对象,对其磨损率以及摩擦系数两个参数受到变量影响的规律进行研究。通过试验的结果表明:随着法向载荷的持续性增加,在磨损率以及摩擦系数方面ATC-G@X系列和ATB-G@X系列刀具材料都会逐渐提高;但是随着滑动速度的持续性增加,这两种参数都表现出逐渐减小的趋势。在相同的试验条件下,ATC-G@X系列刀具材料和ATB-G@X系列刀具材料的摩擦系数随Al2O3@RGO核-壳型复合粉体含量的不断增加随之呈现出先不断降低后又趋于稳定的变化趋势,而磨损率随A12O3@RGO核-壳型复合粉体含量的不断增加随之呈现出先不断降低后又升高的变化趋势。与添加GO相对比,添加Al2O3@RGO核-壳型复合粉体可使得刀具材料获得优良的摩擦磨损性能,这主要有两方面的原因:一方面,添加A12O3@RGO核-壳型复合粉体的有效改善刀具材料中石墨烯的分散水平。在滑动速度和法向载荷的作用下,陶瓷刀具材料中的石墨烯能够均匀析出并在摩擦表面上形成完整的碳润滑膜,同时,石墨烯以“自耗式生产”的方式不断补充碳润滑膜,从而有助于摩擦系数的降低;另一方面,添加A12O3@RGO核-壳型复合粉体改善碳润滑膜与刀具材料之间的界面结合,进而使分布于摩擦表面上的碳润滑膜与刀具材料之间结合紧密,碳润滑膜不容易出现脱落或者破损的情况,而且还可以对摩擦副之间的直接性接触起到阻隔效果,进而起到更好润滑和防止扩散磨损的作用,提高了刀具材料的耐磨性。（5）通过切削试验研究不同切削参数（切削速度、背吃刀量和进给量）对Al2O3@RGO核-壳型陶瓷刀具的最大切削距离、后刀面磨损量和加工工件表面粗糙度的影响,确定了Al2O3@RGO核-壳型陶瓷刀具的最佳切削参数。在相同的试验条件下,ATC-G@X系列刀具和ATC-G@X系列刀具在正常磨损阶段的最大切削距离随着切削速度的不断增大随之呈现出先增大后降低的变化趋势,随着背吃刀量以及进给量逐渐变大,切削距离的最大值开始出现不断减小的变化,但是随着切削速度的逐渐提高加工工件的表面粗糙程度逐渐降低,加工工件的表面粗糙程度反而会随着背吃刀量以及进给量的逐渐增加而不断增大。试验结果表明:添加A12O3@RGO核-壳型复合粉体可使陶瓷刀具获得良好的切削性能,而且还能够降低切削过程中的温度,降低摩擦系数以及切削力,从而能够提高工件加工的表面质量。与添加GO的ATC-G3.0刀具相对比,添加A12O3@RGO核-壳型复合粉体的ATC-G@3.0刀具前刀面表现出轻微的磨损,刀尖发生了微小崩刃,刀面的剥落面积和剥落深度均远远小于ATC-G3.0刀具。与添加GO的ATB-G3.0刀具相对比,添加A12O3@RGO核-壳型复合粉体之后的ATB-G@3.0刀具后刀面仅仅是出现了非常轻的磨粒磨损,并没有出现扩散磨损或者粘结磨损的情况,其刀尖发生了微小的崩刃。