氧化铝基陶瓷刀具以其高硬度、高耐磨性、高耐热性及化学稳定性等特点,在高速切削加工中具有传统硬质合金刀具无可比拟的优势。但由于氧化铝陶瓷材料自身低韧性,低抗热震性能等缺点,其应用受到了极大限制。石墨烯自被发现之后,以其优异的力学性能等特点,得到了广泛关注,并在陶瓷刀具材料强韧化设计方面表现出了广阔的应用前景。本文以氧化铝基陶瓷刀具材料的强韧化为目标,研发设计了氧化铝/氮化钛/石墨烯复合陶瓷刀具材料体系,并制备了性能良好的Al2O3/Ti N/Graphene复合陶瓷刀具。通过物理及化学相容性分析,对Al2O3/Ti N/Graphene复合陶瓷刀具材料体系设计的合理性进行了验证,结果表明,复合陶瓷刀具材料各组分之间物理匹配性及化学相容性良好。根据设计结果,利用放电等离子烧结技术烧结制备了Al2O3/Ti N/Graphene复合陶瓷刀具材料,并基于力学性能测试和微观结构观察对复合陶瓷刀具材料的组分和制备工艺进行了优化。组分优化结果表明,复合陶瓷刀具材料中纳米氮化钛的最优添加量为15 vol.%,石墨烯的最优添加量为0.5 vol.%,将该组分命名为AT15G50。工艺优化结果表明,烧结压力为40 MPa的条件下,AT15G50的最优烧结温度为1650℃,最优保温时间为30 min,在此烧结工艺下制备的AT15G50的抗弯强度达到626 MPa,硬度达到23.24 GPa,断裂韧性达到6.53MPa·m1/2。强韧化机理分析结果表明,石墨烯的引入可以起到阻碍晶界迁移,细化晶粒的效果,石墨烯的增韧机理主要包括:石墨烯拔出、石墨烯折断以及裂纹偏转等。采用强度-衰减法和压痕-淬火法分别研究了石墨烯添加量对复合陶瓷刀具材料抗热冲击及抗热疲劳性能的影响。研究结果表明,未添加石墨烯的复合陶瓷刀具材料临界热震温差仅为200～250℃,而AT15G50的临界热震温差可达到300～350℃,石墨烯的添加有助于改善陶瓷刀具材料的抗热冲击性能。在相同热冲击次数下,AT15G50的热疲劳裂纹扩展速度明显低于未添加石墨烯的复合陶瓷材料,表明石墨烯可以抑制热疲劳裂纹的扩展,从而提升陶瓷刀具材料的抗热疲劳性能。通过27SiMn钢连续干车削试验探究了新型陶瓷刀具的切削性能。试验结果表明,当切削速度为50～150 m/min时,AT15G50刀具表现出较商用刀具KYS30和未添加石墨烯刀具更长的切削寿命,当切削速度为100～150 m/min时,AT15G50刀具的切削寿命高于商用刀具CC670。AT15G50刀具的主要失效形式为粘结磨损、磨粒磨损及崩刃。未添加石墨烯刀具的崩刃现象较AT15G50刀具更为严重,表明石墨烯的添加有助于提升刀具的综合性能。该论文共有图41幅,表10个,参考文献95篇。