《石墨烯強韌化復相陶瓷刀具材料及性能研究》詳細地分析了石墨烯強韌化氧化鋁基陶瓷刀具材料的設計及性能：通過在氧化鋁基陶瓷刀具材料中加入石墨烯來調節(jié)界面結構，借助計算力學技術和有限元分析技術，分析了陶瓷復合材料微觀結構與宏觀力學性能之間的關系，設計并構筑了石墨烯強韌化氧化鋁-碳化鈦復相陶瓷材料界面，引入多種強韌化機制，以顯著提高陶瓷刀具材料的切削性能。這對提高淬硬鋼等難加工材料的加工效率具有重要的實際意義，也對后續(xù)石墨烯的分散方式以及石墨烯的改性方式的研究提供理論依據(jù)。
本書可供刀具設計人員及高等院校相關專業(yè)院校師生參考。
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界面調控及其在復合材料中的應用14
1.2.6石墨烯-陶瓷復合材料研究現(xiàn)狀16
1.3陶瓷刀具材料設計與研究方法19
1.3.1陶瓷材料設計方法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26
第2章陶瓷刀具材料界面性質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界面結構與材料性能的關系40
2.4晶體體性質的計算42
2.4.1能帶理論42
2.4.2α-氧化鋁的體性質44
2.4.3碳化鈦的體性質49
2.4.4石墨烯的性質52
2.5晶面性質的計算54
2.5.1α-氧化鋁表面性質的計算55
2.5.2碳化鈦表面性質的計算57
2.6界面性質的計算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界面結合強度計算63
第3章基于微觀結構有限元分析模型的陶瓷刀具材料性能預報68
3.1模擬方法概述69
3.2材料微觀結構有限元分析模型70
3.2.1代表性體積單元70
3.2.2微觀結構幾何模型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微觀結構有限元模型仿真參數(shù)確定82
3.3.1內聚力單元剛度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基于微觀結構有限元模型的性能預報模型 91
3.4.1基于數(shù)值的均勻化方法簡介91
3.4.2性能預報模型中宏、微觀參數(shù)的關聯(lián)92
3.4.3斷裂韌性的預測模型及影響因素97
3.4.4抗彎強度的預測模型及影響因素106
第4章石墨烯強韌化復相陶瓷刀具材料制備及力學性能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材料的力學性能和微觀結構測試方法124
4.2所制備材料的力學性能126
4.3復合陶瓷刀具材料微觀結構分析127
4.3.1粉料微觀形貌及燒結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界面結構觀察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
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