新型陶瓷刀具材料有无可比拟的优势

陶瓷刀具类似于金属陶瓷，它比硬质合金有更高的化学稳定性，可在高的切削速度下进行加工并持续较长的时间。纯氧化铝可以耐非常高的温度，但是它的强度和韧性很低，工作条件如果不好，容易破碎。

为了减低陶瓷对破碎的敏感性，在企图改善其韧性、提高耐冲击性能时，加入了氧化锆或加入碳化钛与氮化钛的混合物。尽管加入了这些添加剂，但是陶瓷的韧性比硬质合金还是低得多。

另一个提高氧化铝陶瓷韧性的方法是在材料中加入结晶纹理或碳化硅晶须，通过这些特殊的平均起来仅有1纳米直径，20微米长很结实的晶须，相当程度地增加了陶瓷的韧性、强度和抗热冲击性能。在组成上，晶须可高达30%。

象氧化铝一样，氮化硅比硬质合金有更高的热硬性。它耐高温与机械冲击的性能也比较好。与氧化铝陶瓷相比它的缺点是在加工钢时它的化学稳定性不很好。可是，用氮化硅陶瓷可在1450英尺/分或更高的速度下加工灰铸铁。

虽然使用陶瓷刀加工效率可以很高，但是应用必须正确。例如，陶瓷刀具不能用于加工铝，而对灰铸铁、球墨铸铁、淬硬钢和某些未淬硬钢、耐热合金则特别适合。可是对这些材料而言，应用得成功还有赖于开始切削之前刀具刃口外观的准备、机器和装备的稳定性和选用最佳的加工参数。

刀具的性能是影响切削加工效率、精度、表面质量等的决定性因素之一。在现代化加工过程中，提高加工效率的最有效方法是采用高速切削加工技术；随着现代科学技术和生产的发展，越来越多地采用超硬难加工材料，以提高机器设备的使用寿命和工作性能。而陶瓷刀具则以其优异的耐热性、耐磨性和化学稳定性，在高速切削领域和难加工材料方面显示了传统刀具无法比拟的优势。新型陶瓷刀具更由于有很高的硬度(HRA93—95)，从而可加工硬度高达HRC65的各类难加工材料，免除退火加工所消耗的电力和时问；可提高工件硬度，延长机器设备的使用寿命。陶瓷刀具的主要原料Al,0和si是地壳中最丰富的成分，可以说是取之不尽，用之不竭的，因此新型陶瓷刀具的应用前景十分广阔.

1 氮化硅基陶瓷刀具

1．1单一Si3N4陶瓷刀具

此类陶瓷刀具主要是以Mgo为添加剂的热压陶瓷。其硬度为9l一93HRA，耐磨性介于一般陶瓷和立方氮化硼之间，抗弯强度为0．7--0．85GPa，介于一般陶瓷和YT30之间，冲击韧度相当于Y130，耐热性可达1300—1400℃，具有良好的抗氧化性。此外，si陶瓷有自润滑性能，摩擦系数较小，抗粘接能力强，不易产生积屑瘤，且切削刃可磨得锋利。能加工出良好的表面质量，特别适合于车削易形成积屑瘤的工件材料，如铸造硅铝合金等。

1．2复台Si3N4陶瓷刀具

由于Si3N4陶瓷以共价键结合，晶粒是长柱状的，因此有较高的硬度、强度和断裂韧性，同时它有较小的热膨胀系数(=3×10-6／℃)，所以有较好的抗机械冲击性和抗热冲击性。Si3N4刀具特别适合于铸铁、高温合金的粗精加工、高速切削和重切削，其切削耐用度比硬质合金刀具高几倍至十几倍。在汽车发动机铸铁缸体等加工中应用越来越普遍。但是si3N4陶瓷的硬度并不是特别高(HRA92．5)，在加工硬度较高的工件时，如冷硬铸铁(HS65—80)、高铬铸铁(HSS0—9o)等，纯si3N4|陶瓷刀具的耐用度是较低的。为改善其耐磨性。加人TiCN、TiCN+TiN作为硬质弥散相，以提高刀具材料的硬度，同时保留较高的强度和断裂韧性，称为复合氮化硅陶瓷刀具。与单s3N4陶瓷刀具相比，复合氮化硅陶瓷刀具的抗氧化能力、化学稳定性、抗蠕变能力和耐磨性都有了很大提高，且易于制造和烧结。是今后陶瓷刀具的重点发展方向。

1．3Simon陶瓷刀具

目前许多国家竟相开发一种新型si基陶瓷刀具：赛隆(SiMon)刀具。赛隆刀具是英国LucasAyMon公司研制成功的一种单相陶瓷刀具，以si3N4为硬质相Al203为耐磨相，并添加少量助烧剂Y203，经热压烧结而成，有很高的强度和韧性(抗弯强度可达1200MPa，硬度达1800HV)，SiMon陶瓷刀具具有良好的抗热冲击性能，与si3N4相比。SiMon陶瓷刀具的抗氧化能力、化学稳定性、抗蠕变能力与耐磨性能更高。耐热温度较高达1300℃以上，具有较好的抗塑性变形能力。其冲击强度接近于涂层硬质合金刀具，巳成功应用于铸铁和高温合金等难加工材料的加工。目前国际上赛隆(SiMon)陶瓷材料的研究非常活跃，在改进制备工艺，进行复相、超细颗粒、自增韧．刀具材料等的研制方面巳取得了较好的成果。
与si3N4相似，SiMon陶瓷也具有2种晶体结构，a—SiMon为等轴晶具有较高的硬度和耐磨性能，B—SiMon为柱状晶断裂韧性和热传导能力相对较好，(a+B)一SiMon复相陶瓷刀具综合了两相优点，切削性能更优异，重载条件下其耐磨性能优于单相陶瓷刀具目前有2种制备自增韧d—SiMon陶瓷的方法：①通过控制成核过程的热力学特点，在烧结体内原位生长柱状—Sialon晶粒以得到白增韧Sialon陶瓷；②采用燃烧合成工艺，制备单相柱状—Sialon粉体，将此粉体按照适当比例添加到原料中制备白增韧—Sialon陶瓷。为降低烧结温度，一般要加入各种烧结助剂。比较常用的烧结助剂有：Y2O3等氧化物和多种稀土元素，一般同时采用2种或2种以上的烧结助剂。

Sialon陶瓷刀具适用于高速切削、强力切削、断续切削；不仅适合于干切削，也适合于湿式切削Sialon陶瓷可成功地用于铸铁、镍基合金、钛基合金和硅铝合金的加工，是高速加工铸铁和镍基合金的理想刀具材料。由于它和钢的化学亲和性大，Sialon陶瓷刀具不适合加工钢。