随着航空航天、能源、化工、汽车等行业的发展，对高温合金、淬硬钢和超高强度钢等难加工材料的需求也日益增加，从而对刀具材料提出了更高的要求。陶瓷刀具以其优异的高硬度、耐热性、耐磨性和化学稳定性，在高速切削难加工材料方面显示出了极大的优势。然而，目前采用“试错法”来研发新型陶瓷刀具材料的周期长、效率低和成本高。而计算机辅助材料设计技术可缩短刀具材料研发周期和降低研发成本，因此逐渐成为刀具材料设计的新方法。　　为了研究陶瓷刀具材料各性能对刀具寿命的影响程度，通过超高强度钢300M的车削刀具寿命实验，构建了刀具寿命与材料各性能关系的指数模型，进行刀具寿命目标分解。再使用AHP法和CRITIC法确定了刀具材料的最佳性能配置，即硬度、断裂韧性、抗弯强度和弹性模量的权重分别为0.42、0.39、0.05和0.14。　　提出了一种基于Voronoi法和随机法的微纳米复合陶瓷刀具材料二维微观结构模型的构建方法。在该模型中，考虑了晶粒的平均粒径及其分布、增强相的体积分数和纳米相的粒径及体积分数等微观结构参数。并基于Matlab和VC++平台开发了微纳米复合陶瓷刀具材料微观结构建模系统。　　基于构建的微纳米复合刀具材料微观结构模型，结合拉伸实验、三点弯曲实验、裂纹扩展和压痕实验的有限元模拟，分别预报了陶瓷刀具材料的弹性性能、抗弯强度、断裂韧性和硬度，并研究了晶粒平均粒径、增强相颗粒和纳米颗粒对陶瓷刀具材料的性能的影响。结果表明，随着晶粒平均粒径的增加，其弹性模量、泊松比、抗弯强度、断裂韧性和硬度逐渐降低;随着增强相颗粒体积分数的增加，其弹性模量、泊松比和硬度逐渐增大，而抗弯强度和断裂韧性先增大后减小;随着纳米颗粒体积分数的增加，其弹性模量、泊松比、抗弯强度、硬度和断裂韧性都是先增大后减小。　　提出了微纳米复合陶瓷刀具材料的计算机辅助设计方法。根据工件材料的加工特点，通过化学相容性计算，选取合理的陶瓷刀具材料组分;初步设计不同参数的微观结构模型，并对其性能进行预报;最后以得到的高寿命陶瓷刀具的最佳性能配置为判据，确定最优的微观结构参数。确定了适合加工超高强度钢300M的微纳米复合Al2O3/TiC/TiN陶瓷刀具材料组分和微观结构参数:基体相Al2O3的粒径为0.5μm;增强相TiN的粒径为0.5μm，体积分数为20％;增强相TiC的粒径为0.5μm，体积分数为10％;纳米颗粒TiC的粒径为0.14μm，体积分数为10％;并添加微量的MgO和NiO作为烧结助剂。　　在微纳米复合陶瓷刀具材料计算机辅助设计结果的指导下，采用热压烧结工艺制备出综合性能优异的微纳米复合Al2O3/TiC/TiN陶瓷刀具材料AT10N20。烧结温度为1650℃，保温时间为15min，烧结压力为35MPa时，AT10N20抗弯强度为898.6MPa，断裂韧性为8.9MPa·m1/2，维氏硬度为21.3GPa。从而验证了提出的微纳米复合陶瓷刀具材料计算机辅助设计方法的正确性和可行性。　　研究了微纳米复合陶瓷刀具AT10N20高速车削超高强度钢300M的切削性能，分析了陶瓷刀具的磨损和破损形式及机理，并与Sandvik公司的复合陶瓷刀具CC650进行了对比。结果表明，当切削速度为100m/min和200m/min时，AT10N20的刀具寿命低于CC650;当切削速度为300m/min和400m/min时，AT10N20刀具寿命与CC650接近;当切削速度为500m/min时，AT10N20的刀具寿命低于CC650。在不同切削速度下，AT10N20和CC650刀具的主要磨损形态为前刀面月牙洼磨损和后刀面磨损，主要的磨损机理为粘结磨损和磨粒磨损。