陶瓷刀具由于其较高的硬度和耐磨性、较好的高温力学性能和化学稳定性,被广泛地应用于高速切削加工领域。然而,传统陶瓷刀具的研制方法效率低,研发成本高。利用计算机模拟仿真技术,对陶瓷刀具的烧结制备过程进行模拟,对刀具的性能进行预测,优化烧结工艺,节约研发成本,缩短研发周期。本文总结了计算机材料模拟仿真技术的发展现状及模拟方法,对纳观尺度范围内模拟方法的基本原理进行了介绍。以Al₂O₃基纳米陶瓷刀具的烧结制备过程为研究对象,利用计算机模拟仿真技术,在Material Studio材料模拟计算软件平台上,基于量子力学和分子动力学模拟计算理论,在纳观尺度下（1至100纳米）进行了模拟计算,并对模拟结果进行了探讨。建立了单元系Al₂O₃陶瓷材料的三维模拟计算模型,并分别在300K、573K、873K、1173K、1473K、1773K等不同温度下进行了分子动力学模拟计算。结果表明,随温度的上升,体系中的原子自扩散系数表现出先上升后下降的特征,其中O原子的活性大于Al原子。原子自扩散系数的峰值出现在1000K附近,说明此时体系的烧结速度最快,并且原子的扩散机制在1000K附近发生了改变,初步分析是原子的扩散机制由表面扩散转变成了体积扩散。建立了α-Al₂O₃体系置换掺杂Si原子的三维模拟计算模型,并分别在300K、573K、873K、1173K、1473K、1773K等不同温度下进行了分子动力学模拟计算。结果表明,Si原子的掺杂明显刺激了原体系中原子的活性,从而提高了体系的烧结速度,其中对O原子活性的刺激尤为显著,而对Al原子的刺激相对较弱。同时,O原子的扩散系数随温度升高而增加,但Al原子扩散系数随温度的变化趋势较单元系材料体系中Al原子扩散系数随温度的变化趋势没有发生明显变化,依然是在1000K左右出现峰值,说明Si原子的掺杂改变了O原子原有的扩散机制,对O原子影响较大,而对Al原子则影响较小。建立了α-Al₂O₃体系间隙掺杂SiC分子的三维模拟计算模型,利用CASTEP量子力学计算程序,对单元系α-Al₂O₃、α-Al₂O₃体系间隙掺杂SiC分子,以及α-Al₂O₃体系存在空位时的材料力学性能进行了模拟计算,获得了各材料体系的弹性常数、杨氏模量和泊松比。对于单元系α-Al₂O₃材料体系,材料弹性常数、杨氏模量和泊松比的模拟结果与实际值相近,误差在10%左右,说明采用量子力学方法对材料力学性能进行预测是可行的。对于含有原子空位的单元系α-Al₂O₃材料体系,原子空位点缺陷的存在降低了体系的力学性能,空位率越大,体系的力学性能越低,并且发现O原子空位对体系力学性能的影响大于Al原子空位。对于掺杂了SiC的α-Al₂O₃材料体系,SiC的掺杂降低了体系的力学性能,并且发现SiC与Al₂O₃之间可能存在着化学反应。