石墨烯強韌化復(fù)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陶瓷刀具材料的發(fā)展及研究現(xiàn)狀4
1.2.1陶瓷刀具材料的發(fā)展4
1.2.2陶瓷刀具材料的分類6
1.2.3陶瓷刀具材料強韌化機理8
1.2.4氧化鋁陶瓷刀具研究現(xiàn)狀13
1.2.5界面調(diào)控及其在復(fù)合材料中的應(yīng)用14
1.2.6石墨烯-陶瓷復(fù)合材料研究現(xiàn)狀16
1.3陶瓷刀具材料設(shè)計與研究方法19
1.3.1陶瓷材料設(shè)計方法19
1.3.2多尺度方法概述22
1.3.3基于計算幾何的仿真技術(shù)26

第2章陶瓷刀具材料界面性質(zhì)30
2.1材料計算概述31
2.2建模理論32
2.2.1CASTEP介紹32
2.2.2CASTEP的使用34
2.2.3密度泛函理論35
2.2.4基于密度泛函理論的計算方法38
2.3界面結(jié)構(gòu)與材料性能的關(guān)系40
2.4晶體體性質(zhì)的計算42
2.4.1能帶理論42
2.4.2α-氧化鋁的體性質(zhì)44
2.4.3碳化鈦的體性質(zhì)49
2.4.4石墨烯的性質(zhì)52
2.5晶面性質(zhì)的計算54
2.5.1α-氧化鋁表面性質(zhì)的計算55
2.5.2碳化鈦表面性質(zhì)的計算57
2.6界面性質(zhì)的計算59
2.6.1氧化鋁和碳化鈦界面61
2.6.2石墨烯與其他晶面的界面62
2.7界面結(jié)合強度計算63

第3章基于微觀結(jié)構(gòu)有限元分析模型的陶瓷刀具材料性能預(yù)報68
3.1模擬方法概述69
3.2材料微觀結(jié)構(gòu)有限元分析模型70
3.2.1代表性體積單元70
3.2.2微觀結(jié)構(gòu)幾何模型72
3.2.3晶粒位向及材料各向異性76
3.2.4損傷和斷裂準則78
3.3微觀結(jié)構(gòu)有限元模型仿真參數(shù)確定82
3.3.1內(nèi)聚力單元剛度82
3.3.2晶粒形狀86
3.3.3模型可靠性驗證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基于微觀結(jié)構(gòu)有限元模型的性能預(yù)報模型 91
3.4.1基于數(shù)值的均勻化方法簡介91
3.4.2性能預(yù)報模型中宏、微觀參數(shù)的關(guān)聯(lián)92
3.4.3斷裂韌性的預(yù)測模型及影響因素97
3.4.4抗彎強度的預(yù)測模型及影響因素106

第4章石墨烯強韌化復(fù)相陶瓷刀具材料制備及力學(xué)性能118
4.1刀具材料制備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刀具材料的制備流程122
4.1.5材料的力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)測試方法124
4.2所制備材料的力學(xué)性能126
4.3復(fù)合陶瓷刀具材料微觀結(jié)構(gòu)分析127
4.3.1粉料微觀形貌及燒結(jié)前后材料的成分對比127
4.3.2試樣表面壓痕裂紋分析130
4.3.3斷口微觀形貌分析132
4.3.4界面結(jié)構(gòu)觀察135
4.4石墨烯的作用機理分析138
4.4.1界面差分電子密度計算138
4.4.2強弱界面協(xié)同強韌化139
4.4.3石墨烯其他強韌化機理140
4.5石墨烯強韌化陶瓷刀具材料的各向異性141

第5章石墨烯強韌化復(fù)相陶瓷刀具切削性能147
5.1試驗條件147
5.2切削過程與切屑形態(tài)150
5.3切削力與切削溫度152
5.4石墨烯含量對陶瓷刀具損傷特征的影響156
5.5刀具壽命與刀具失效演變161
5.6刀具失效特征與失效機理167

參考文獻173