高速断续车削或高速铣削时,由于切入工件时升温、切出工件时降温以及切削液的冷却等原因,刀具不断地受到交变的热冲击和机械冲击的循环作用,刀具切削部位容易萌生与扩展疲劳裂纹,因此刀具易破损。刀具材料的抗机械冲击和抗热冲击性能是决定刀具使用寿命的重要因素,而梯度陶瓷刀具能够有效地缓解高速断续切削加工中的机械冲击与热冲击,提高刀具寿命。采用有限元软件ABAQUS建立了机械冲击有限元模型,对比研究了梯度陶瓷刀具材料和均质陶瓷刀具材料的抗机械冲击性能。结果表明,在相同的冲击条件下,梯度材料的抗机械冲击能力更强,其原因是梯度陶瓷材料在制备时的冷却降温过程中,在表面形成了残余压应力。建立了一维应力波传播模型,研究了梯度功能材料(FGMs)中一维应力波的传播,考察最终反射到表面的应力波。均质陶瓷刀具材料仅存在由于刀具材料底面反射形成的脉冲波,梯度陶瓷刀具材料还存在梯度层界面反射形成的脉冲波,且梯度结构的界面反射波的应力峰值比均质材料略有减小,达到应力峰值的时刻也略有推迟。采用有限元软件ABAQUS建立了热冲击有限元模型,通过分析温度场和热应力场对比不同材料的抗热冲击性能。结果表明,正向梯度结构比逆向梯度结构抗热冲击性能好；正向梯度陶瓷刀具材料比均质陶瓷刀具材料抗热冲击性能好；三层和五层的抗热冲击性能略优于七层的抗冲击性能；减小层厚比有利于提高材料的抗热冲击性能。分别采用淬火-强度衰减法和维氏压痕-淬火法,进行了单次热冲击试验和热疲劳试验,结果表明,梯度陶瓷材料的抗热冲击性能和抗热疲劳性能均优于均质陶瓷材料；三层材料和五层材料抗热疲劳性能略优于七层材料；当层厚比e=0.2时,抗热疲劳性能最优。研究了梯度陶瓷刀具(GSWT32-1、GSWT52)和均质陶瓷刀具(SWT15、 SWT30)断续车削镍基高温合金Inconel718的切削性能,分析了其切削力、刀具形态和刀具破损特征与损坏机理。速度较低时,其主要失效机理是机械应力造成的破损；速度较高时,刀具不仅受到机械应力作用,热冲击的影响也不可忽视,所以其主要失效机理是机械冲击和热冲击造成的破损和粘结磨损。试验验证了机械冲击有限元模型和热冲击有限元模型的有效性。设计梯度层结构时宜采用正向梯度结构,尽量满足弹性模量、热膨胀系数由表及里增大,导热系数由表及里减小的设计原则；宜采用三层或五层梯度结构；宜采用层厚比e=0.2。