中文摘要：

高性能新型陶瓷模具设计与制备是塑性加工与结构陶瓷交叉研究领域的重要内容之一。本研究拟根据模具使用性能的要求，采用有限元方法分析与计算模具工作时的机械应力和热应力，采用计算智能技术进行材料的组分设计，融合并提出基于计算智能技术的纳米复合陶瓷模具材料的设计理论与方法。以TiN(n)、Ti(C,N)(n)、Al2O3(n)、ZrO2(n)等纳米复合陶瓷模具材料组分体系为基础，研究其制备工艺、微观结构与物理力学性能。进而筛选其中性能良好的1~2种组分体系，采用热压法或冷等静压法制备相应的纳米复合陶瓷模具材料，并研究其增强增韧机理与摩擦磨损机制。把纳米陶瓷与模具设计制造技术相结合，可以充分发挥纳米材料高强度、高韧性、高耐磨性和突出的高温性能等优势，从而开发一种新型纳米复合陶瓷模具。该材料将以其优异的物理力学性能和使用性能，在塑性加工等领域得到广泛应用，并产生良好的经济和社会效益，具有广阔的应用前景。

结论摘要：

根据模具使用性能的要求，建立了纳米复合陶瓷模具材料设计的理论框架，采用有限元方法分析与计算模具工作时的机械应力和热应力。采用计算智能技术进行材料的组分设计，融合并提出基于计算智能技术的纳米复合陶瓷模具材料的设计理论与方法。通过纳米复合和纳微米复合技术，制备了3种不同体系的复合陶瓷模具材料Al2O3/Ti(C7N3)、Al2O3/Cr3C2/(W,Ti)C 和Al2O3/Cr3C2/Ti(C,N)，均具有良好的综合力学性能。研究了纳米复合陶瓷模具材料的增强增韧机理，提出晶粒细化、晶内/晶间混合型结构的形成、诱发穿晶断裂、裂纹偏转、裂纹桥联、裂纹分支和颗粒拔出等均有利于材料断裂韧性的提高。研究了纳米复合陶瓷模具材料的摩擦磨损性能与机理，并首次定义材料的综合力学性能参数H来评价陶瓷复合材料的耐磨损性能。研究了纳米复合陶瓷模具加工不同工件材料时的磨损性能和模具损坏机理，以探索适宜的工作条件和应用范围。基于零拉应力原则，对陶瓷模具结构进行设计，采取预紧组合凹模结构，使陶瓷避开拉应力的作用，为实际应用提供技术依据。