在干切削中,通过使用自润滑陶瓷刀具减小了刀具与工件间的摩擦,实现了切削力和切削温度的降低。但自润滑陶瓷刀具在实现刀具自润滑的同时,往往会降低刀具的力学性能,影响了自润滑陶瓷刀具的进一步应用。针对此技术难题,本文提出了添加表面包覆改性后的纳米颗粒作为固体润滑剂,并添加晶须实现协同增韧陶瓷刀具的技术方案。通过沉淀法制备了纳米Ca F₂前驱体,采用共沸蒸馏处理获得了分散性良好,粒径均匀的纳米Ca F₂颗粒,其粒径为30-50nm。综合运用非均匀成核法和溶胶-凝胶法将Si O₂包覆在纳米Ca F₂颗粒的表面,制备了具有核壳结构的Ca F₂@Si O₂纳米包覆颗粒。研究了工艺参数对纳米包覆颗粒微观结构和表面形貌的影响,获得了Ca F₂@Si O₂纳米包覆颗粒的最优制备工艺参数:TEOS的添加量3m L、p H值8.5、TEOS的滴加速度0.4m L/min、反应温度40°C、共沸蒸馏处理。纳米包覆颗粒的包覆层厚度可控制在1.5-15nm之间。制备了同时添加Ca F₂@Si O₂纳米包覆颗粒和Si C晶须的Al₂O₃/Ti C/Si C_w/Ca F₂@Si O₂自润滑陶瓷刀具材料。实验结果表明,添加10vol.%纳米Ca F₂和20vol.%Si C晶须的Al₂O₃/Ti C/Si C_w/Ca F₂陶瓷刀具材料的抗弯强度为598MPa、断裂韧性为5.23MPa·m^1/2、硬度为15.43GPa。添加10vol.%Ca F₂@Si O₂纳米包覆颗粒和20vol.%Si C晶须的陶瓷刀具材料的综合力学性能最优,其抗弯强度为712MPa、断裂韧性为6.89MPa·m^1/2、硬度为16.52GPa。与Al₂O₃/Ti C/Si C_w/Ca F₂陶瓷刀具材料相比,上述性能分别提高了31.74%、19.06%、7.06%。其原因是,Si C晶须的添加对陶瓷材料起到了较好的增韧效果;Ca F₂@Si O₂纳米包覆颗粒既增强了晶须与基体的界面结合强度,又弥补了添加Si C晶须导致的致密性降低。Ca F₂@Si O₂纳米包覆颗粒的添加起到了细化晶粒的作用,同时其诱发了穿晶断裂,进一步增强了陶瓷材料的力学性能。研究了添加10vol.%Ca F₂@Si O₂纳米包覆颗粒和20vol.%Si C晶须的Al₂O₃/Ti C/Si C_w/Ca F₂@Si O₂陶瓷刀具切削40Cr调质钢的切削性能。切削实验表明:在相同切削条件下,与Al₂O₃/Ti C/Si C_w刀具相比,Al₂O₃/Ti C/Si C_w/Ca F₂@Si O₂刀具加工的工件表面粗糙度显著降低,同时切削过程中主切削力、切削温度分别降低了46.2%、31.7%。其原因是在切削过程中,纳米包覆颗粒中的Ca F₂析出,在刀具的表面形成均匀连续的润滑膜。ATS刀具的前刀面磨损形式主要为粘结磨损,后刀面主要为磨粒磨损,同时也存在微崩刃。ATSC@10刀具前刀面磨损形式主要为粘结磨损也存在磨粒磨损,后刀面主要磨损形式为磨粒磨损,同时存在轻微的粘结磨损。纳米包覆颗粒和晶须的添加,使得陶瓷刀具具备良好的润滑性的同时,保持较高的切削性能。