石墨烯强韧化复相陶瓷刀具材料及性能研究

第1章陶瓷刀具材料概述1
1.1切削刀具材料1
1.2陶瓷刀具材料的发展及研究现状4
1.2.1陶瓷刀具材料的发展4
1.2.2陶瓷刀具材料的分类6
1.2.3陶瓷刀具材料强韧化机理8
1.2.4氧化铝陶瓷刀具研究现状13
1.2.5界面调控及其在复合材料中的应用14
1.2.6石墨烯-陶瓷复合材料研究现状16
1.3陶瓷刀具材料设计与研究方法19
1.3.1陶瓷材料设计方法19
1.3.2多尺度方法概述22
1.3.3基于计算几何的仿真技术26

第2章陶瓷刀具材料界面性质30
2.1材料计算概述31
2.2建模理论32
2.2.1CASTEP介绍32
2.2.2CASTEP的使用34
2.2.3密度泛函理论35
2.2.4基于密度泛函理论的计算方法38
2.3界面结构与材料性能的关系40
2.4晶体体性质的计算42
2.4.1能带理论42
2.4.2α-氧化铝的体性质44
2.4.3碳化钛的体性质49
2.4.4石墨烯的性质52
2.5晶面性质的计算54
2.5.1α-氧化铝表面性质的计算55
2.5.2碳化钛表面性质的计算57
2.6界面性质的计算59
2.6.1氧化铝和碳化钛界面61
2.6.2石墨烯与其他晶面的界面62
2.7界面结合强度计算63

第3章基于微观结构有限元分析模型的陶瓷刀具材料性能预报68
3.1模拟方法概述69
3.2材料微观结构有限元分析模型70
3.2.1代表性体积单元70
3.2.2微观结构几何模型72
3.2.3晶粒位向及材料各向异性76
3.2.4损伤和断裂准则78
3.3微观结构有限元模型仿真参数确定82
3.3.1内聚力单元刚度82
3.3.2晶粒形状86
3.3.3模型可靠性验证88
3.3.4含石墨烯的陶瓷刀具材料有限元分析模型88
3.4基于微观结构有限元模型的性能预报模型 91
3.4.1基于数值的均匀化方法简介91
3.4.2性能预报模型中宏、微观参数的关联92
3.4.3断裂韧性的预测模型及影响因素97
3.4.4抗弯强度的预测模型及影响因素106

第4章石墨烯强韧化复相陶瓷刀具材料制备及力学性能118
4.1刀具材料制备118
4.1.1原材料概述118
4.1.2材料相容性判定119
4.1.3石墨烯的分散121
4.1.4刀具材料的制备流程122
4.1.5材料的力学性能和微观结构测试方法124
4.2所制备材料的力学性能126
4.3复合陶瓷刀具材料微观结构分析127
4.3.1粉料微观形貌及烧结前后材料的成分对比127
4.3.2试样表面压痕裂纹分析130
4.3.3断口微观形貌分析132
4.3.4界面结构观察135
4.4石墨烯的作用机理分析138
4.4.1界面差分电子密度计算138
4.4.2强弱界面协同强韧化139
4.4.3石墨烯其他强韧化机理140
4.5石墨烯强韧化陶瓷刀具材料的各向异性141

第5章石墨烯强韧化复相陶瓷刀具切削性能147
5.1试验条件147
5.2切削过程与切屑形态150
5.3切削力与切削温度152
5.4石墨烯含量对陶瓷刀具损伤特征的影响156
5.5刀具寿命与刀具失效演变161
5.6刀具失效特征与失效机理167

参考文献173