陶瓷刀具的发展与应用
浅谈陶瓷刀具的切削性能与发展现状
１ 刀具 材料 的发 展
陶瓷 刀具 与其 他材 料 刀具 相 比具有 以下 特 点 ：
（） １陶瓷刀具具有较高 的硬度和耐磨性 。 其硬度达 ９ ￣９ Ｒ ３ ５ Ａ， Ｈ 刀具材 料 的发 展 经历 了工 具钢 、 速钢 、 质合 金 、 瓷 、 高 硬 陶 超硬 大大 提 高 了切 削 能 力和耐 磨 性 。 而可 加工 硬度 高达 Ｈ Ｃ ５的各 从 Ｒ ６ 材 料 ５ 阶段 。刀 具材 料 的发 展实 际 上是 不断 提 高刀 具材 料 的 耐 个 类难 加 工材 料 ， 免除 退火 加工 所 消耗 的 电力和 时 间； 在 高速 条 件 可 热性、 耐磨 性 、 削速 度和 表面 加工 质 量 的过程 。 切 下切 削加 工 并持 续较 长 时间 ， 比使 用硬 质合 金 刀 具平 均 提高 效 率
伴 随 着材 料 的 不 断发 展 ， 转 位 、 功 能 、 用 复合 刀 具和 模 ３ 陶瓷 刀具 使 用过 程 中的 注意事 项 可 多 专 块 式工 具 系统 成为 刀 具结 构发 展 的主 流 。各 种 精密 、 效 、 高 优质 的 可 转位 刀 具 已应用 于 车削 、 削和 钻削 等领 域 。从 刀具 结 构看 ， 铣 可 转位 结 构 的刀 具 已成 为刀 具结 构发 展 的主 流 。 陶瓷 刀具 的 发展 ， 而 无 论 怎样 变化 ， 目前仍 是在 氧 化铝 基和 氮化 硅 基两 大 系列 陶 瓷材
在 ｌ０ ０℃时 仍能 保持 ８ Ｈ Ａ 的高硬 度 。 ２ ０ Ｒ
近 年 来 高速 钢 发 展迅 速 ， 已增 至 ２ 现 ０多 个 品种 ， 其 在通 用 尤 高 速钢 、 中间 高速 钢 、 超硬 高速 钢等 方 面研 制 了一些 新 品种 。在 高 速钢 领 域 里粉 末冶 金 高速钢 发 展迅 速ห้องสมุดไป่ตู้， 其物 理机 械 性能 大 为 改善 ，
陶瓷刀具的发展及应用前景
、
பைடு நூலகம்
陶瓷 刀具 的产 生
早在 ２ ０世纪初 ， 人们 就 致 力 于用 又脆 又硬 的 Ａ２ ３ １ 陶瓷 来 做 刀具 材 料 的研 究 ， 是 长 期 以来 ， ０ 但
Ａ２ ３ １ 陶瓷还 是作 为磨 料制 成 砂轮 的多 ． 很少 用 ０ 而 于切削刀具 。１７ 年澳大 利亚科学 家 Ｒ Ｃ ｒ ｅ ９５ Ｃ ａＶｉ等 在 Ｎ ｔｒ 杂 志上报道 了部 分稳定 氧化 锆的增 韧机 ａｕｅ 理后 ， 陶瓷的强度和韧性大大提高了 ， 使得陶瓷具有
的刀 具 材 料 。
一
十亿美元。陶瓷刀具在最 近 １ ０年 的发 展和改 进方 面所作 的工作 超过 了过 去 的 ４ ０年 。最初 陶瓷 刀片 的使用面 ， 一般为硬质合金 刀片 的 ４ ～１ ％， ％ ２ 以联 邦德 国和美国的使用 比重较 大。但 ８ ０年代之后 ， 联
邦德国在汽车 发动 机生 产车 削 中用 陶 瓷刀 具 已 占 ２ ％， 国汽 车工业 近 ４ ％ 的刀 具是 陶 瓷刀 具 ， １ 美 ０ 欧
种 金 属 的相 互 反 应 能 力 比碳 化 物 、 化 物 低 ， 容 易 氮 不
与金属产生粘结 ， 陶瓷 刀具与 钢产生粘 结 的温 度在
１３ ＂ ５８ Ｃ以上 ， 比制造 硬质合 金 的各 种碳 化物 的粘结
２ 一 ４
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胡笛川 陶瓷刀具 的发展及应用前景
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内蒙古 电大学 刊
２ ０ 年 第 ９期（ ０６ 总第 ８ ５期）
陶 瓷 刀具 的发 展 及 应 用 前 景
胡 笛 川
（ 内蒙古 机 电职业 技术 学院 ， 内蒙古 呼和浩 特 ００ ５ ） １０ １
陶瓷刀具的发展及其应用
陶瓷刀具的发展及其应用随着机械加工技术的不断发展,人们对提高加工效率和降低生产成本的要求越来越高,各种新式刀具不断涌现。
陶瓷刀具作为一种新型切削刀具,由于其良好的高速切削性能,并能进行干切削,满足了加工者的要求,现在正被推广应用到机械加工的各个领域。
1陶瓷刀具的产生陶瓷刀具最早出现在德国,1938年德国古萨公司首先取得刀具陶瓷的专利。
但直到上世纪50年代初,陶瓷才作为切削刀具被正式使用并逐步商品化。
最初的陶瓷刀具主要成分为氧化铝,这种陶瓷刀具抗弯强度很低,冲击韧性和可靠性差,所以没有被推广使用。
之后经过科学家的不断研究,复合陶瓷刀具研制成功,这种以Al2O3陶瓷或Si3N4陶瓷为基础而复合成的新一代新型陶瓷刀具材料,具有比纯Al2O3陶瓷或Si3N4陶瓷好得多的物理机械性能。
由于细化晶粒加上陶瓷固有的高硬度及耐高温、抗磨损和抗腐蚀等特性,陶瓷作为一种新的机械工程材料,越来越被人们所重视。
陶瓷刀具的品种、牌号很多，按其主要成分大致可分为氧化铝(Al2O3)系和氮化硅(Si3N4)系两大类。
目前世界上生产的95%的陶瓷刀具属于氧化铝(Al2O3)系，其它为氮化硅(Si3N4)系。
由于陶瓷刀具的强度和韧性低，加工时易发生破损(特别是早期破损)，因此在一定程度上限制了陶瓷刀具的应用。
鉴于Si3N4陶瓷的韧性和强度较Al2O3陶瓷高得多，因此对陶瓷刀具的增韧、增强处理主要针对以Al2O3为基体的刀具。
增韧Al2O3陶瓷是指在Al2O3基体中添加增韧或增强材料, 目前常用的增韧方法主要有ZrO2相变增韧、晶须增韧以及第二相颗粒弥散增韧等。
ZrO2相变增韧是利用ZrO2在1150 ℃左右发生单斜晶(m—ZrO2)系到四方晶(t—ZrO2)系的可逆相变时伴有3%～5%的体积变化及8%的切应变效应，在基体中诱导出许多裂纹，从而可以吸收主裂纹尖端的大部分能量，达到增韧目的。
晶须增韧是利用晶须的加强棒作用，常用晶须有SiC晶须和Si3N4晶须。
陶瓷刀具在机械加工中的应用
陶瓷刀具在机械加工中的应用随着科技的不断发展，人们对于机械加工的要求也越来越高，洁净度、精度、效率等方面都有所提高。
在机械加工中，刀具是至关重要的一个部分，不同的材料、不同的形状都有不同的用途。
而在这些刀具中，陶瓷刀具也逐渐成为了一种非常重要的刀具。
陶瓷刀具的特点1.高硬度陶瓷刀具适用于硬物材料的加工，因为它的硬度比钢要高，不容易被磨损、折断。
其硬度甚至高于铁氧体磁铁，居于硬度最接近莫氏钻石的二氧化硅和氮化硼之间，是当前硬度最高的金属材料之一。
2.轻质陶瓷刀具要比普通的金属刀具轻很多，这意味着在加工时会减少散热问题，也能减少机床上的压力。
3.耐高温由于陶瓷刀具在机械加工过程中不会产生磨擦热，因此不会使得刀具部件产生弯曲、变形等现象，也能有效避免刀具焊着的情况。
可以更好地完成加工。
4.成本优势它的寿命比起高速钢刀具要长得多，降低了更换刀具的成本，在小批量加工和试生产中使用较为合适。
陶瓷刀具在机械加工中的应用陶瓷刀具主要被应用在机械加工中的数控车、数控铣和线切割等领域。
在这些领域中，陶瓷刀具已经取代了铁、钢等金属刀具，成为高速、精密、耐磨、耐高温的最佳替代品。
陶瓷刀具也逐渐成为了高精度加工设备、微电子工业产品等的重要零部件。
其主要的应用领域包括以下几个方面：1.汽车零部件加工陶瓷刀具被广泛应用于汽车零部件的加工中，如制动器、离合器、发动机节能器等。
在加工过程中，陶瓷刀具能够有效地提高加工精度、降低加工成本。
2.模具加工陶瓷刀具能够精确切割各种硬材料，因此被广泛应用于模具的加工中。
陶瓷刀具在加工过程中不会对模具进行热冲击，保证了模具的质量和寿命。
3.PCB板加工陶瓷刀具广泛应用于PCB板的加工中，能够有效降低加工的时间，提高加工的精度，保证了PCB板的品质。
陶瓷刀具的发展趋势由于陶瓷刀具在机械加工中的应用优势，未来陶瓷刀具将有更广阔的应用前景。
同时，随着材料科学技术的不断提高和创新，陶瓷刀具的硬度和韧性都将达到更高的水平，成为未来机械加工领域中不可或缺的重要零部件。
陶瓷车刀的性能及使用
陶瓷车刀的性能及使用来源：华菱超硬刀具引言陶瓷车刀作为非金属刀具材料，在金属切削领域中广泛应用，本文根据陶瓷刀片、立方氮化硼刀片的种类和性能，浅谈它们的使用区别及其适合加工材质。
（本文出处：华菱超硬刀具----量体裁衣的服务，最优化的刀具解决方案）一，陶瓷车刀的种类及发展脉络陶瓷刀片的种类及发展：陶瓷刀片最明显的发展线条是刀片的韧性依次增强：氧化铝陶瓷刀片—-复合氧化铝陶瓷刀片--氮化硅陶瓷刀片--立方氮化硼刀片。
在金属切削领域，氧化铝陶瓷刀片和氮化硅陶瓷刀片合称为陶瓷刀片；在无机非金属材料学中，立方氮化硼材料归于陶瓷材料大类，立方氮化硼材料刀具的问世，是陶瓷刀具的革命。
我国华菱超硬作为国内最早研究聚晶立方氮化硼材料的研究所之一，最近推出纯氮化硼烧结体陶瓷刀片，其韧性和耐磨性能显著增加。
二，陶瓷车刀的性能及适合加工材料陶瓷刀片比硬质合金刀片相比，可承受2000℃的高温，而硬质合金在800℃时则变软；所以陶瓷刀片更具有高温化学稳定性，可高速切削，但其缺点是氧化铝陶瓷刀片的强度和韧性很低，容易破碎。
因陶瓷刀片耐高温，对高温高速切削更有利，由于陶瓷热导率低，高温只在刀尖，高速切削所产生的热量都随切屑带走，所以大部分研究者认为：氧化铝陶瓷刀片能够，且最好高于硬质合金切削的10倍线速度下进行切削，才能真正体现陶瓷刀片的优点。
为了减低陶瓷刀片对破碎的敏感性，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，但是陶瓷刀片的韧性比硬质合金刀片还是低得多。
另一个提高氧化铝陶瓷刀片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。
单受其抗冲击韧性限制，一直精车加工领域中使用。
和氧化铝陶瓷刀片一样，氮化硅陶瓷刀片比硬质合金刀片有更高的热硬性。
它耐高温与机械冲击的性能也比较好，与氧化铝陶瓷刀片相比它的缺点是在加工钢时它的化学稳定性不足。
金属陶瓷刀具的性能及发展
金属陶瓷刀具的性能及发展摘要本文研究的是金属陶瓷刀具的性能及发展，首先介绍了金属陶瓷刀具的结构特点及其与普通刀具的比较，然后分析了金属陶瓷刀具的各种性能特性，最后讨论了金属陶瓷刀具在未来的发展趋势和应用前景。
结论表明，金属陶瓷刀具的性能优越，具有较强的耐磨性和耐腐蚀性，可有效提高刀具的使用寿命和加工效率，因此受到了越来越多的重视，未来将会广泛应用于机械加工领域。
关键词：金属陶瓷，刀具，性能，发展Introduction1 Structural characteristics of metal-ceramic tools2 Performance characteristics of metal-ceramic toolsMetal-ceramic tools are superior to ordinary tools in termsof performance. First of all, its wear resistance and corrosion resistance are much higher than those of ordinary tools, so its service life can be effectively improved. Secondly, its cutting edge can maintain a certain degree of sharpness, which can improve the machining precision and surface quality. Thirdly,its red hardness and hardenability are relatively high, so it is more suitable for high-speed and hard machining.3 Development trends of metal-ceramic toolsWith the development of modern industry, metal-ceramic tools have been widely used in various machining fields. The future development of metal-ceramic tools will mainly focus on the following aspects: First, the performance of metal-ceramic tools will be further improved. On the one hand, the structure of the tool will be further optimized. On the other hand, new ceramics will be developed to improve its wear resistance and corrosion resistance. Secondly, the application range of metal-ceramic tools will continue to expand. In the future, it will be widely used in aerospace and other fields. Finally, the cost of metal-ceramic tools will be further reduced, making it more cost-effective.ConclusionMetal-ceramic tools have many excellent properties, such as high wear resistance and corrosion resistance, which can effectively improve the service life and machining efficiency of the tool. In the future, they will be widely used in mechanical machining field.。
陶瓷刀具的发展趋势
陶瓷刀具的发展趋势
陶瓷刀具的发展趋势可以总结为以下几个方面：
1. 技术创新：随着材料科学和制造技术的进步，陶瓷刀具的硬度、韧性和耐磨性得到了显著提高。
未来，陶瓷刀具的性能还将继续提升，包括更高的硬度、更好的抗磨损能力和更长的使用寿命。
2. 多功能设计：陶瓷刀具将会朝着多功能设计的方向发展。
除了基本的切割功能，陶瓷刀具还将加入更多的辅助功能，如开瓶器、螺丝刀等，以满足用户的多样化需求。
3. 制造工艺的改进：陶瓷刀具的制造工艺将不断改进，以提高生产效率和降低成本。
新的制造工艺可能包括先进的注射成型技术、精密加工技术和自动化生产线等。
4. 环保可持续性：陶瓷刀具具有无毒、无味、无腐蚀等特点，且可以高温稳定使用。
在未来，陶瓷刀具将越来越受到环保倡导者的关注，成为一种可持续发展的刀具选择。
5. 定制化需求：随着消费者对个性化产品的需求增加，陶瓷刀具的定制化将成为未来的一个趋势。
消费者可以根据自己的喜好和需求，选择刀刃形状、刀柄材质、刀面图案等，打造与众不同的个性化刀具。
总的来说，陶瓷刀具的发展趋势将是技术创新、多功能设计、制造工艺改进、环保可持续性和定制化需求。
这些趋势将使陶瓷刀具成为更高效、更安全和更符合用户需求的刀具选择。
精密陶瓷技术的应用
精密陶瓷技术的应用一、引言精密陶瓷技术是一种具有高硬度、高强度、高耐磨、耐高温、绝缘性能优异的新型陶瓷材料。
它在电子、机械、化工、医疗等领域得到广泛应用。
本文将从这些领域的应用角度来探讨精密陶瓷技术的发展和应用。
二、电子领域中的应用1. 陶瓷封装材料精密陶瓷具有优异的绝缘性能和高温稳定性，在电子元器件的封装中起到了重要作用。
例如，集成电路封装中常用的陶瓷封装材料能够提供可靠的绝缘保护，同时具有良好的导热性能，确保电子元器件的稳定工作。
2. 陶瓷基电路板精密陶瓷材料还被广泛应用于高频电子设备中的电路板制造。
相比于传统的玻璃纤维基板，陶瓷基电路板具有更好的导热性能和耐高温性能，能够满足高频电子设备对于信号传输和散热的要求。
三、机械领域中的应用1. 陶瓷刀具精密陶瓷具有高硬度和耐磨性，被广泛应用于机械加工中的刀具制造。
陶瓷刀具不仅具有更长的使用寿命，而且在高速切削时能够保持较高的切削效率和较好的表面质量。
2. 陶瓷轴承精密陶瓷材料具有优异的耐磨性和耐腐蚀性，在机械设备中的轴承应用中表现出良好的性能。
陶瓷轴承不仅能够减小摩擦损失，提高机械设备的效率，而且能够耐受较高的工作温度和恶劣的工作环境。
四、化工领域中的应用1. 化工设备的防腐蚀涂层精密陶瓷具有耐腐蚀性，可用于化工设备的防腐蚀涂层。
陶瓷涂层能够有效保护设备表面免受腐蚀介质的侵蚀，延长化工设备的使用寿命。
2. 化学触媒载体精密陶瓷材料的高比表面积和化学稳定性使其成为理想的触媒载体。
陶瓷触媒载体能够提供更多的活性位点，提高催化反应的效率和选择性。
五、医疗领域中的应用1. 人工关节精密陶瓷材料具有与人体组织相似的生物相容性和耐磨性，在人工关节的制造中得到了广泛应用。
陶瓷人工关节能够减少摩擦损失，提高关节的稳定性和寿命。
2. 医用陶瓷材料精密陶瓷材料在医疗器械的制造中也发挥着重要作用。
例如，陶瓷刀片在手术中的应用能够实现更精确的切割和更小的创伤。
六、结语精密陶瓷技术的应用领域广泛，不断推动着科技的进步和产业的发展。
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陶瓷刀具的发展与应用李超 1110012128（南通大学机械工程学院江苏南通）摘要: 综述了氧化铝系和氮化硅系两类陶瓷刀具的发展现状, 阐述了这两类陶瓷刀具的力学性能与切削性能, 讨论了它们的特点、加工范围以及适合的切削加工用量, 提出了刀具选择及使用要点。
关键词: 陶瓷刀具,氮化硅 , 氧化铝Development and Application of Ceramic Cutting Tools Abstract:The current development situation of Al2O3 and Si3N4 matrix ceramic cutting tools is summarized. The mechanical property and cutting performance of the two kinds of cutting tools are represented. The characteristics, cutting ranges and suitable machining values of Al2O3 and Si3N4 matrix ceramic cutting tools are discussed emphatically. Some gists of selecting and using ceramic cutting tools are also presented. Keywords: ceramic cutting tools,Si3N4 , Al2O30 前言随着数控加工设备与高性能加工刀具技术的发展, 目前切削加工已进入了一个以高速、高效和高精度为标志的高速加工发展新阶段, 高速切削已成为当前切削技术的重要发展趋向。
然而, 由于切削速度的提高相应地产生了更多的切削热和更大的切削力, 这些都会使刀具的切削性能大大降低。
因此, 影响高速切削刀具材料切削性能好坏的关键在于其高温时的力学性能、热物理性能、抗粘结性能、化学稳定性和抗热震性能以及抗涂层破裂性能等。
基于这一要求, 近几十年来, 世界各工业发达国家相继开发了一批适于高速切削的新型刀具材料。
其中, 陶瓷材料由于其优异的物理力学性能和切削性能在高速切削领域占据了举足轻重的地位。
1 陶瓷刀具材料的基本特点陶瓷刀具与硬质合金刀具相比, 其硬度高、耐磨性好, 切削寿命可比硬质合金高几倍以至十几倍。
陶瓷刀具在1 200 e 以上的高温下仍能进行切削,所具备的高温性能使其能够以比硬质合金刀具高3~ 10 倍的切削速度进行加工。
陶瓷刀具与钢铁金属的亲和力小、摩擦因数低、抗粘结和抗扩散能力强, 故加工件的表面质量好。
此外, 陶瓷刀具的化学稳定性好, 其切削刃即使处于赤热状态也能长时间连续使用, 这对金属高速切削有着重要的意义[ 4] 。
近年来, 随着材料科学与制造技术的进步, 可通过添加碳化物、氮化物、硼化物和氧化物等改善陶瓷的性能, 还可通过颗粒、晶须、相变、微裂纹和增韧机理协同作用提高其断裂韧性和抗弯强度, 故其应用范围日益扩大。
当前, 陶瓷刀具材料的研究进展主要集中在提高传统刀具陶瓷材料的性能、细化晶粒、组分复合化及采用涂层、改进烧结工艺和开发新产品等方面, 以期获得更好的耐高温性能、耐磨损性能和抗崩刃性能, 满足高速精密切削加工的要求[ 5, 6] 。
2 陶瓷刀具的性能陶瓷刀具多为高硬度的细微晶粒经高温烧结而成, 具有高硬度和高耐磨性, 其高温性能和化学稳定性也大大高于其它刀具。
因此, 总体上讲, 陶瓷刀具具有良好的切削性能。
2.1 陶瓷刀具的力学性能陶瓷刀具材料的力学特性是其优良的切削性能的根本所在。
2. 2 陶瓷刀具的切削性能2.2.1氮化硅陶瓷刀具的性能优点Si3N4硬度高，一般为HRA93-94.因此耐磨性好.可加工传统刀具难以加工或根本不能加工的高硬材料，例如硬度达HRC65的各类淬硬钢和硬化铸铁。
因而可免除退火加工所消耗的电力；并因此也可提高工件的硬度，处长机器设备的使用寿命。
2.2.2 氧化铝陶瓷刀具的性能优点Al2O3 陶瓷刀具的切削性能Al2O3 系陶瓷刀具的硬度达91~ 95HRA, 在高温下有较好的化学稳定性、耐磨性和耐热性, 高温硬度高, 在1200 e 高温下仍能进行切削( 此时硬度为80HRA) , 如果加入一定的稳定剂并采用热压成形技术, 可使刀具在1800 e 高温下仍能保持硬度和耐磨性, 且高温时刀具与工件间不产生化学反应, 月牙洼磨损率较低, 表面粗糙度小。
3 氮化硅基陶瓷刀具的发展概况氮化硅基陶瓷是20 世纪70 年代出现的新刀具材料, 它以高纯度的Si3N4 粉末为原料, 添加Y2O3、MgO、ZrO2 和HfO2 等烧结剂或耐磨相Al2O3 或强化相SiCw等烧结而成。
具有高的硬度、耐磨性、耐热性和化学稳定性良好的耐热冲击性能, 是一种有发展前途的刀具材料。
国外的Si3N4 陶瓷材料发展较快, 其中以日本和美国最快。
国内在20 世纪80 年代就研制成功了这类刀具材料, 但后来的发展并不快, 主要的研究单位有山东工业陶瓷研究院、上海硅酸盐研究所和清华大学。
产品种类很少, 有ST4、SC3、FT80 等。
主要力学性能为: 平均晶粒尺寸2- 3Lm, 密度3. 18- 3. 41gPcm3 , 硬度HRA91- 94, 抗弯强度900- 1000MPa, 断裂韧性4. 7- 7. 2MPa#m1P2。
同国外相比性能差不多。
3. 1 氮化硅基陶瓷的性能特点( 1) 抗弯强度和断裂韧性Si3N4 陶瓷的抗弯强度一般已达900- 1000MPa, 据资料报道, 其强度有的已高达1500MPa, 虽然近几年Al2O3 陶瓷的抗弯强度有了较大提高, 有的甚至达到1000 ) 1200MPa, 但总的来讲, Si3N4 基陶瓷的强度要高于Al2O3 陶瓷。
Si3N4 陶瓷不仅抗弯强度高, 而且强度的可靠性也大, 有明显的R 阻力曲线。
另外,Si3N4 陶瓷的疲劳强度比以往的陶瓷刀具高, 可以获得相当稳定的使用寿命。
Si3N4 陶瓷有良好的断裂韧性, 切削时不易产生裂纹, 故在一般陶瓷不能胜任的氧化皮切削、断续切削、湿式切削和端铣等场合, Si3N4 陶瓷刀具都有稳定的切削性能。
在对一般陶瓷刀具不适合的可锻铸铁、耐热合金等材料的氧化皮断续切削加工时,Si3N4 陶瓷刀具可发挥巨大的威力, 端铣时的抗崩刃性能特别好112。
( 2) 硬度热压烧结Si3N4 陶瓷刀具的硬度一般在HRA91-93, 而Al2O3 陶瓷刀具的硬度一般都在HRA93 以上, 有的甚至大于HRA97( 如成都工具研究所研制的M16) 。
因而Si3N4 基陶瓷刀具的耐磨性能较Al2O3 陶瓷刀具差。
切削铸铁时刀具后刀面磨损大于Al2O3 陶瓷刀具; 切削钢料时Si3N4 陶瓷刀具的月牙洼磨损较大。
耐磨性较Al2O3 陶瓷刀具差的原因与Si3N4 陶瓷刀具的化学稳定性较Al2O3 陶瓷刀具低有关。
( 3) 耐热性Si3N4 陶瓷刀具的耐热性可达1300 ) 1400 e , 高于硬质合金刀具及Al2O3 基陶瓷刀具, 因而能承受较高的切削速度。
切削灰铸铁时, 切削速度可800mPmin 以上, 有时甚至可达1000mPmin; 切削镍基合金时速度可达300mPmin 以上Si3N4 陶瓷刀具的高温性能特别好, 在1000 e , 强度几乎不下降, 在高达1300 ) 1400 e时尚有一定的强度。
温度升至800 e 以上时抗弯强度才开始下降, 这一临界温度比一般的硬质合金刀具高100 e 以上。
( 4) 抗热震性Si3N4 陶瓷刀具具有高的导热系数, 约为Al2O3 基陶瓷刀具的2. 5- 3 倍, 而其热膨胀系数还不到Al2O3陶瓷刀具的一半, 弹性模量也较低, 这就必然导致耐热冲击性能的提高。
( 5) 化学稳定性Si3N4 基陶瓷刀具的化学稳定性虽比硬质合金刀具高但较Al2O3 陶瓷刀具低。
Si3N4 在高温下易分解,高于1550 e 时发生分解: Si3N4 ( s) - 3Si ( g) + 2N2 ( g) ,分解出来的Si 与金属的亲和力较大。
这也是Si3N4 陶瓷刀具耐磨性差的一个原因。
由于Si3N4 陶瓷刀具的上述特性, 使其适用于粗铣、断续车削、荒车及湿式加工; 具有广泛的适应性, 一般陶瓷刀具不能进行的加工, 它都可以完成, 如切削氧化皮、断续切削、螺纹加工及钻孔等。
特别是由于其高的抗热震性及优良的高温性能, 使其更适合高速切削及继续切削。
另外, Si3N4 陶瓷刀具还可以切削可锻铸铁、耐热合金等难加工材料。
3. 2 新型氧化硅基陶瓷刀具的研制概况( 1) Sialon 陶瓷刀具Sialon 是Silicon ( 硅) ) Aluminium ( 铝) ) Oxygen( 氧) ) Nitrogen( 氮) 的缩写, 是英国LucasAyalon 公司研制成功的一种新型陶瓷刀具。
Sialon 陶瓷刀具是Al2O3在Si3N4 中的固溶体, 是氮化铝、氧化铝和氮化硅的混合物在1800 e 进行热压烧结而成的一种单相陶瓷材料, 氮化硅的结晶晶格稍微扩大, 在其中Y2O3 可使组织致密化。
Sialon 陶瓷刀具具有很高的强度, 抗弯强度达1050- 1450MPa( 硬度为94HRA) , 比纯Al2O3 及Al2O3- TiC 陶瓷刀具都高, 其断裂韧性也是几种陶瓷刀具中最高的, 其冲击强度远胜于一般陶瓷刀具( 3- 4倍) 而接近于涂层硬质合金刀具。
适用于高速切削、强力切削、断续切削。
Sialon 陶瓷具具有良好的抗热冲击性能, 是Al2O3 陶瓷刀具的三倍, 不仅适合于干切削, 也适合于湿式切削。
与Si3N4 陶瓷刀具相比, Sialon 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都提高了,并易于制造和烧结。
Sialon 陶瓷刀具的耐热温度较高, 达1300 e 以上, 而Al2O3- TiC 陶瓷刀具的耐热温度为1100 e , 因此, Sialon 陶瓷刀具有较好的抗塑性变形能力。
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。
如用Sialon 陶瓷刀具加工铸铁时, 切削速度可900mPmin, 可对铸铁进行间断切削。
刀具耐用度比涂层硬质合金刀具或Al2O3 陶瓷刀具提高10- 15 倍。
Sialon 陶瓷刀具不适合加工钢( 因其溶解磨损速率很高) 。
Sialon 陶瓷刀具虽有很多优点, 但与热压氮化硅陶瓷刀具一样, 其抗磨损性能比一般陶瓷刀具差。