石墨烯强韧化复相陶瓷刀具材料及性能研究

本书是作者基于多年对陶瓷刀具材料增韧机制及新材料的研究编写而成。本书详细地分析了石墨烯强韧化氧化铝基陶瓷刀具材料的设计及性能：通过在氧化铝基陶瓷刀具材料中加入石墨烯来调节界面结构，借助计算力学技术和有限元分析技术，分析了陶瓷复合材料微观结构与宏观力学性能之间的关系，设计并构筑了石墨烯-氧化铝/碳化钛复相陶瓷材料界面，引入多种强韧化机制，以显著提高陶瓷刀具材料的切削性能。这对提高淬硬钢等难加工材料的加工效率具有重要的实际意义。 本书不仅对现有研究进行总结，也对后续石墨烯的分散方式以及石墨烯的改性方式的研究提供理论依据。

《石墨烯强韧化复相陶瓷刀具材料及性能研究》详细地分析了石墨烯强韧化氧化铝基陶瓷刀具材料的设计及性能：通过在氧化铝基陶瓷刀具材料中加入石墨烯来调节界面结构，借助计算力学技术和有限元分析技术，分析了陶瓷复合材料微观结构与宏观力学性能之间的关系，设计并构筑了石墨烯强韧化氧化铝-碳化钛复相陶瓷材料界面，引入多种强韧化机制，以显著提高陶瓷刀具材料的切削性能。这对提高淬硬钢等难加工材料的加工效率具有重要的实际意义，也对后续石墨烯的分散方式以及石墨烯的改性方式的研究提供理论依据。本书可供刀具设计人员及高等院校相关专业院校师生参考。

第1章 陶瓷刀具材料概述
1.1 切削刀具材料
1.2 陶瓷刀具材料的发展及研究现状
1.2.1 陶瓷刀具材料的发展
1.2.2 陶瓷刀具材料的分类
1.2.3 陶瓷刀具材料强韧化机理
1.2.4 氧化铝陶瓷刀具研究现状
1.2.5 界面调控及其在复合材料中的应用
1.2.6 石墨烯-陶瓷复合材料研究现状
1.3 陶瓷刀具材料设计与研究方法
1.3.1 陶瓷材料设计方法
1.3.2 多尺度方法概述
1.3.3 基于计算几何的仿真技术
第2章 陶瓷刀具材料界面性质
2.1 材料计算概述
2.2 建模理论
2.2.1 CASTEP介绍
2.2.2 CASTEP的使用
2.2.3 密度泛函理论
2.2.4 基于密度泛函理论的计算方法
2.3 界面结构与材料性能的关系
2.4 晶体体性质的计算
2.4.1 能带理论
2.4.2 α-氧化铝的体性质
2.4.3 碳化钛的体性质
2.4.4 石墨烯的性质
2.5 晶面性质的计算
2.5.1 α-氧化铝表面性质的计算
2.5.2 碳化钛表面性质的计算
2.6 界面性质的计算
2.6.1 氧化铝和碳化钛界面
2.6.2 石墨烯与其他晶面的界面
2.7 界面结合强度计算
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
3.1 模拟方法概述
3.2 材料微观结构有限元分析模型
3.2.1 代表性体积单元
3.2.2 微观结构几何模型
3.2.3 晶粒位向及材料各向异性
3.2.4 损伤和断裂准则
3.3 微观结构有限元模型仿真参数确定
3.3.1 内聚力单元刚度
3.3.2 晶粒形状
3.3.3 模型可靠性验证
3.3.4 含石墨烯的陶瓷刀具材料有限元分析模型
3.4 基于微观结构有限元模型的性能预报模型
3.4.1 基于数值的均匀化方法简介
3.4.2 性能预报模型中宏、微观参数的关联
3.4.3 断裂韧性的预测模型及影响因素
3.4.4 抗弯强度的预测模型及影响因素
第4章 石墨烯强韧化复相陶瓷刀具材料制备及力学性能
4.1 刀具材料制备
4.1.1 原材料概述
4.1.2 材料相容性判定
4.1.3 石墨烯的分散
4.1.4 刀具材料的制备流程
4.1.5 材料的力学性能和微观结构测试方法
4.2 所制备材料的力学性能
4.3 复合陶瓷刀具材料微观结构分析
4.3.1 粉料微观形貌及烧结前后材料的成分对比
4.3.2 试样表面压痕裂纹分析
4.3.3 断口微观形貌分析
4.3.4 界面结构观察
4.4 石墨烯的作用机理分析
4.4.1 界面差分电子密度计算
4.4.2 强弱界面协同强韧化
4.4.3 石墨烯其他强韧化机理
4.5 石墨烯强韧化陶瓷刀具材料的各向异性
第5章 石墨烯强韧化复相陶瓷刀具切削性能
5.1 试验条件
5.2 切削过程与切屑形态
5.3 切削力与切削温度
5.4 石墨烯含量对陶瓷刀具损伤特征的影响
5.5 刀具寿命与刀具失效演变
5.6 刀具失效特征与失效机理
参考文献