1 引言 

切削加工是機械加工中*基本、*可靠的加工手段，而刀具的性能是影響切削加工效率、精度、表面質(zhì)量等的決定性因素之一。刀具材料經(jīng)歷了碳素工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷及超硬材料等幾個發(fā)展階段。根據(jù)CIRP的資料，由于刀具材料的改進(jìn)，加工時允許的切削速度幾乎每隔10年即提高1倍。在現(xiàn)代化的加工過程中，提高加工效率的*有效方法仍然是采用高速切削加工技術(shù)。傳統(tǒng)刀具因其局限性已無法勝任現(xiàn)代科技發(fā)展所需要的各種高強、高硬及高速工程材料的切削加工，而陶瓷刀具則以其優(yōu)異的耐熱性、耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性，在高速切削領(lǐng)域和切削難加工材料方面顯示了傳統(tǒng)刀具無法比擬的優(yōu)勢。目前，新型陶瓷刀具不斷出現(xiàn) ，預(yù)計20 年后，在世界范圍內(nèi)陶瓷刀具在機械加工刀具中所占比重將達(dá)15%～20%。有專家認(rèn)為：陶瓷刀具材料是二十一世紀(jì)*有希望、*有競爭力的刀具材料，它的發(fā)展有可能引起切削加工技術(shù)的第三次革命。 

2 陶瓷刀具的分類及發(fā)展現(xiàn)狀 

陶瓷刀具的品種、牌號很多，按其主要成分大致可分為氧化鋁(Al2O3)系和氮化硅(Si3N4)系兩大類。目前世界上生產(chǎn)的95%的陶瓷刀具屬于氧化鋁(Al2O3)系，其它為氮化硅(Si3N4)系。 

1) 氧化鋁系陶瓷刀具Al2O3系陶瓷刀具是由以氧化鋁(Al2O3)為主體的陶瓷材料制成，包括純Al2O3陶瓷刀具、Al2O3中添加碳化物、氧化物、氮化物或硼化物的組合陶瓷刀具以及在Al2O3 中同時添加化合物和粘結(jié)金屬的組合陶瓷刀具等。 

·Al2O3陶瓷刀具 

純Al2O3陶瓷刀具材料中的Al2O3含量占99%以上，通過添加微量助燒劑(如MgO、NIO、TiO2等)燒結(jié)而成，抗彎強度400～700MPa ，斷裂韌性(KIC) 2.2～3.2MPa m½，彈性模量(E)400GPa ，熱膨脹系數(shù)(a)8.2×10-6K-1。由于純AAl2O3陶瓷刀具脆性大，易崩刃，因此未能廣泛使用。 

·Al2O3——碳化物系陶瓷刀具在Al2O3中添加碳化物可以提高Al2O3陶瓷刀具的韌性，其中以添加Tic的Al2O3——Tic 陶瓷應(yīng)用*多。通常添加的TiC在30%～60%之間(也有的添加5%～10%)。這類組合陶瓷有兩種：一種是在Al2O3中除添加碳化物外，還添加少量粘結(jié)金屬，亦稱金屬陶瓷；另一種是在Al2O3中只添加碳化物或碳化物的飽和固溶體制成的組合陶瓷。金屬陶瓷比沒有加入金屬的組合陶瓷強度提高，但硬度降低。 

·添加氮化物、硼化物的Al2O3陶瓷刀具在Al2O3中添加氮化物的Al2O3——氮化物組合陶瓷刀具具有較好的抗熱震性能，其基本性能和加工范圍與Al2O3——碳化物金屬陶瓷刀具相當(dāng)，而氮化物組合陶瓷刀具更適于間斷切削，但其抗彎強度和硬度比Al2O3——TiC金屬陶瓷刀具低，有待進(jìn)一步研究改善。 

在Al2O3中添加TiB2作為粘結(jié)劑制成的陶瓷刀具，由于其組織成分為細(xì)晶粒的Al2O3以及連續(xù)的TiB2粘結(jié)相，保持了硼化物的“三維連續(xù)性”，因此具有極好的耐沖擊性和耐磨性。 

·增韌Al2O3陶瓷刀具 

由于陶瓷刀具的強度和韌性低，加工時易發(fā)生破損(特別是早期破損)，因此在一定程度上限制了陶瓷刀具的應(yīng)用。鑒于Si3N4陶瓷的韌性和強度較Al2O3陶瓷高得多，因此對陶瓷刀具的增韌、增強處理主要針對以Al2O3為基體的刀具。增韌Al2O3陶瓷是指在Al2O3基體中添加增韌或增強材料, 目前常用的增韌方法主要有ZrO2相變增韌、晶須增韌以及第二相顆粒彌散增韌等。ZrO2相變增韌是利用ZrO2在1150 ℃ 左右發(fā)生單斜晶(m—ZrO2)系到四方晶(t—ZrO2)系的可逆相變時伴有3%～5%的體積變化及8%的切應(yīng)變效應(yīng)，在基體中誘導(dǎo)出許多裂紋，從而可以吸收主裂紋*的大部分能量，達(dá)到增韌目的。晶須增韌是利用晶須的加強棒作用，常用晶須有SiC晶須和Si3N4晶須。SiC晶須是一種單晶，具有一定的纖維結(jié)構(gòu)，具有強度高、硬度高、導(dǎo)熱性好及抗熱震性能好等許多優(yōu)點，晶須平均直徑0.61 µm，平均長度10～80µm ，抗拉強度達(dá)7GPa 。SiC晶須在加強Al2O3基體的同時，還可使應(yīng)力在基體內(nèi)分散。SiC晶須增韌陶瓷刀具的斷裂韌性可達(dá)9MPam½，具有較高的強度和硬度，非常適合加工鎳基耐熱合金和以較低的切削速度加工各種鑄鐵及非金屬脆性材料。Si3N4晶須加入到Al2O3基體中可以提高陶瓷的抗熱沖擊性，適合切削硬度為45HRC的鎳鉻鐵耐熱合金材料 。第二相顆粒彌散增韌是利用彌散第二相顆粒來阻礙位錯的滑移和攀移，阻止裂紋擴展，達(dá)到增韌目的。第二相顆粒周圍會產(chǎn)生殘余應(yīng)力，引起裂紋偏轉(zhuǎn)或裂紋被釘扎，提高材料斷裂功，從而使Al2O3陶瓷的韌性明顯提高。 

2) 氮化硅系陶瓷刀具 

氮化硅系陶瓷刀具包括以Si3N4為主體的刀具和以b’-Sialon(Si3N4+Al2O3)為主體的刀具 。近年來，Si3N4陶瓷刀具的發(fā)展非常迅速。 

·單一Si3N4陶瓷刀具 

單一Si3N4陶瓷的熱脹系數(shù)為3.0×10-6/℃ ，斷裂韌性4.2～5.2MPa m½，抗彎強度700～9OOMPa ，硬度91～92HRA ，耐熱性可達(dá)1300～1400 ℃ ，有良好的抗氧化性能。 

·Si3N4復(fù)合陶瓷刀具 

在Si3N4基體中添加適量金屬碳化物及金屬等復(fù)合強化劑，利用復(fù)合強化效應(yīng)(又稱彌散強化效應(yīng))制成的Si3N4復(fù)合陶瓷，其性能比熱壓Si3N4陶瓷優(yōu)越許多。在Si3N4基體中添加Al2O3、Y2O3、TiC、TiN 和MgO等成分，可以采用冷壓燒結(jié)成形而降低制造成本。Sialon就是在Si3N4中添加Al2O3燒結(jié)而成，因此它兼有Al2O3和Si3N4的特性，其熱硬性高于硬質(zhì)合金和Al2O3，在刀尖溫度高于1000 ℃ 時仍可高速切削。Si3N4復(fù)合陶瓷刀具的*大特點是可以勝任高速、大進(jìn)給量的切削加工，金屬切除率高，刀具壽命長。 

Si3N4陶瓷刀具具有低密、高強、高硬的物理性能。目前，Si3N4陶瓷刀具的室溫硬度值達(dá)到92.5～94HRA，超過了硬質(zhì)合金刀具的*高硬度，因此大大提高了它的切削能力和耐磨性，可以加工硬度高達(dá)65HRC的各類淬硬鋼和硬化鑄鐵；其抗彎強度目前已達(dá)750～1200MPa ，超過了高速鋼而與普通硬質(zhì)合金相當(dāng)；Si3N4系陶瓷刀具的斷裂韌性值優(yōu)于其它系列陶瓷刀具，達(dá)到6～7MPa m½，接近某些牌號的硬質(zhì)合金刀具；由于Si3N4系陶瓷刀具強度高、熱脹系數(shù)小，其抗熱震性能指標(biāo)DT達(dá)到600～800 ℃ ，明顯優(yōu)于其它系列陶瓷刀具(DT=300～400 ℃ )，因而在斷續(xù)加工高強度零件毛坯方面，Si3N4系陶瓷刀具顯示出獨特的優(yōu)越性能。 
3 陶瓷刀具的性能

陶瓷刀具多為高硬度的細(xì)微晶粒經(jīng)高溫?zé)�結(jié)而成，具有高硬度和高耐磨性，其高溫性能和化學(xué)穩(wěn)定性也大大高于其它刀具。因此，總體上講，陶瓷刀具具有良好的切削性能。
陶瓷刀具的力學(xué)性能

1) 陶瓷刀具材料的力學(xué)特性是其優(yōu)良的切削性能的根本所在。幾種典型的陶瓷刀具的力學(xué)性能如表1所示。

表1 幾種典型陶瓷刀具的力學(xué)性能

	牌號	成分	硬度 (HRA)	抗彎強度 (GPa)	生產(chǎn)單位
Al2O3系	SG5	Al2O3-Sic	94	0.7	山東工業(yè)大學(xué)
	SG4	Al2O3-(W,Ti)C	94.7～95.3	0.79
	LT35	Al2O3-TiC-Mo-Ni	93.5～94.5	0.9～1.1
	LT55	Al2O3-TiC-Mo-Ni	93.7～94.8	1.0～1.2
	JX-1	Al2O3,SiC 晶須	94.0～95	0.7
	AT6	Al2O3-TiC 加金屬	93.5～94.5	0.88～0.93	冷水江陶瓷工具廠
	HDM4	Al2O3基	93	0.80	北京海得曼無機非金屬材料公司
	FD-11,12	Al2O3基			北京方大高技術(shù)陶瓷公司
	PI (AM)	Al2O3	HR15N≥96.5	0.40～0.50	成都工具研究所
	P2	Al2O3+ZrO2	HR15N≥96.5	0.70～0.80
	T2	Al2O3+TiC+ZrO2	HR15N≥96.5	0.90～1.00
	CC650	Al2O3-Ti(c,N)	93.5～94.5		瑞典Sandvik公司
	CC670	Al2O3,SiC晶須	94.0～94.5
	KY2500	Al2O3,SiC晶須	93.5～94.0		美國Kennametal公司
Si3N4系	HDM1	Si3N4基	92.5	0.93 本站部分內(nèi)容屬轉(zhuǎn)載，版權(quán)歸原作者所有，特此聲明！如果侵犯了您的版權(quán)請來信告知，我們將盡快刪除 2024“中國磁學(xué)與磁性材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展峰會”將于10月22-24日在張家港召開 “粉末冶金結(jié)構(gòu)零件制造技術(shù)培訓(xùn)班” 在揚州成功舉辦 汽車零部件類產(chǎn)品出口銷量持續(xù)攀升 折疊屏手機產(chǎn)業(yè)鏈日趨成熟 細(xì)分賽道藏商機 “中國磁都”！寧波打造強“磁場”，磁性材料產(chǎn)能占全國40% 相關(guān)新聞 ·江西產(chǎn)氧化鋯陶瓷刀具首次出口 ·新型陶瓷刀具材料的分析與發(fā)展 ·陶瓷刀具的發(fā)展概況 ·寧波一高性能陶瓷刀具臨出世前"難產(chǎn)" ·新型氮化硅陶瓷刀具材料及其發(fā)展前景 ·新型陶瓷刀具材料及其發(fā)展前景 ·日本機械工具業(yè)以陶瓷刀具為新品種 ·陶瓷刀具的發(fā)展 最新資訊 ·美國銀行：鐵礦石明年可能跌至75美元 ·山西東睦華晟粉末冶金有限公司通過高新技術(shù)企業(yè)重新認(rèn)定 ·德國汽車業(yè)陷入困境 ·銅價震蕩！再生銅原料價格維持高企！ ·威拉里在德國Formnext展會推出第十代真空感應(yīng)氣霧化制粉裝置 ·第十三屆中國顆粒大會第30分會場“微納米結(jié)構(gòu)與功能復(fù)合材料”圓滿落幕！ ·支持開發(fā)關(guān)鍵儀器裝備 推動新材料產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展 ·LG Innotek開發(fā)出全球性能*強的環(huán)保磁體 最新產(chǎn)品 假牙修復(fù)材料有機硅火炸藥推進(jìn)劑混合機 深圳新邏輯貿(mào)易有限公司 粉末冶金制氮機 蘇州市高科氣體設(shè)備有限公司 堇青石-莫來石、莫來石、莫來石-剛玉墊板、承燒板、托板、推板、棚板、移進(jìn)板、匣缽支柱等 宜興市金用工業(yè)陶瓷有限公司 氨分解制氮機 蘇州市高科氣體設(shè)備有限公司 鎳鉻鋁釔合金粉 NiCrAlY 北礦新材科技有限公司 最新粉末冶金企業(yè) ·昊方貝恩材料科技（安徽）有限公司 ·安徽省天長市仁隆機械有限公司 ·滁州浦誠新材料有限公司 ·安徽創(chuàng)達(dá)金屬制品有限公司 ·嘉興饒稷科技有限公司 ·陜西豪德特新材料有限公司 ·亞洲新材料（北京）有限公司 ·安徽均晟金屬材料有限公司 X X 關(guān)于我們|廣告服務(wù)|會員服務(wù)|網(wǎng)站建設(shè)|付款方式|聯(lián)系我們 | 網(wǎng)站地圖|友情鏈接 版權(quán)所有：杭州極點科技有限公司地址：杭州市下城區(qū)西文街水印康庭1幢西樓4樓 郵編：310004 服務(wù)熱線：0571-8513281985235193傳真：0571-85235193 客服QQ：496617775客服MSN：pmbiz1@hotmail.com 聯(lián)盟網(wǎng)站：硬質(zhì)合金商務(wù)網(wǎng) 、粉末冶金人才網(wǎng)、粉末冶金書庫、注射成形網(wǎng) 、中國粉體網(wǎng)、粉體行業(yè)網(wǎng)上展、粉末冶金網(wǎng)上展 ICP證：浙B2-20100325 浙公網(wǎng)安備 33010302000026號 免責(zé)聲明：本網(wǎng)發(fā)布此信息的目的在于傳播更多信息，與本站立場無關(guān)。本網(wǎng)不保證該信息（包括但不限于文字、視頻、音頻、數(shù)據(jù)及圖表）全部或者部分內(nèi)容的準(zhǔn)確性、真實性、完整性、有效性、及時性、原創(chuàng)性等。相關(guān)信息并未經(jīng)過本網(wǎng)站充分證實，不對您構(gòu)成任何建議，據(jù)此操作，風(fēng)險自擔(dān)。