石墨烯強(qiáng)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(lèi)6
1.2.3陶瓷刀具材料強(qiáng)韌化機(jī)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(jì)與研究方法19
1.3.1陶瓷材料設(shè)計(jì)方法19
1.3.2多尺度方法概述22
1.3.3基于計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)算54
2.5.1α-氧化鋁表面性質(zhì)的計(jì)算55
2.5.2碳化鈦表面性質(zhì)的計(jì)算57
2.6界面性質(zhì)的計(jì)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(qiáng)度計(jì)算63

第3章基于微觀(guān)結(jié)構(gòu)有限元分析模型的陶瓷刀具材料性能預(yù)報(bào)68
3.1模擬方法概述69
3.2材料微觀(guān)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(guān)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(zhǔn)則78
3.3微觀(guān)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?jiǎng)偠?2
3.3.2晶粒形狀86
3.3.3模型可靠性驗(yàn)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(guān)結(jié)構(gòu)有限元模型的性能預(yù)報(bào)模型 91
3.4.1基于數(shù)值的均勻化方法簡(jiǎn)介91
3.4.2性能預(yù)報(bào)模型中宏、微觀(guān)參數(shù)的關(guān)聯(lián)92
3.4.3斷裂韌性的預(yù)測(cè)模型及影響因素97
3.4.4抗彎強(qiáng)度的預(yù)測(cè)模型及影響因素106

第4章石墨烯強(qiáng)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(guān)結(jié)構(gòu)測(cè)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(guān)結(jié)構(gòu)分析127
4.3.1粉料微觀(guān)形貌及燒結(jié)前后材料的成分對(duì)比127
4.3.2試樣表面壓痕裂紋分析130
4.3.3斷口微觀(guān)形貌分析132
4.3.4界面結(jié)構(gòu)觀(guān)察135
4.4石墨烯的作用機(jī)理分析138
4.4.1界面差分電子密度計(jì)算138
4.4.2強(qiáng)弱界面協(xié)同強(qiáng)韌化139
4.4.3石墨烯其他強(qiáng)韌化機(jī)理140
4.5石墨烯強(qiáng)韌化陶瓷刀具材料的各向異性141

第5章石墨烯強(qiáng)韌化復(fù)相陶瓷刀具切削性能147
5.1試驗(yàn)條件147
5.2切削過(guò)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(duì)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(jī)理167

參考文獻(xiàn)173