陶瓷刀具的性能及应用领域分析

陶瓷刀具是以人造化合物为原料，在高压下成形，在高温下烧结而成的。它有很高的硬度和耐磨性，耐热性高达1200℃以上，化学稳定性好，不易与金属产生粘接。现在，由于制造方法的改进、组织的微粒化、高密度化以及在其成分中加入碳化物、氮化物、硼化物、氧化物和其他金属（如Ni、Mo）等，使得陶瓷刀具的抗弯强度、断裂韧度和抗冲击性能都显著提高。陶瓷刀具广泛应用于高速切削、干切削、硬切削以及难加工材料的切削加工。

1.陶瓷刀具材料的性能

（1）具有很高的硬度和耐磨性 常温硬度达93～95HRA，切削速度比硬质合金高5～10倍，因而具有很高的刀具寿命。它适合加工传统刀具难以加工的高硬材料，适用于高速切削场合。

（2）具有很高的耐热性 在1200℃的高温下硬度为80HRA，且仍能进行切削。陶瓷刀具具有很好的高温力学性能，在800℃时的硬度为87HRA，在高温下的抗弯强度也降低极少。因此，陶瓷刀具可以有很高的切削速度。

（3）具有良好的抗黏结性能 陶瓷与金属的亲和力很小，具有良好的抗黏结能力，对刀具的黏结磨损小，可减小刀具的黏结磨损。

（4）化学稳定性好 陶瓷刀具具有耐腐蚀、抗扩散能力和抗氧化性能及化学稳定性好等特点。

（5）有较低的摩擦因数 较低的摩擦因数降低了切削力和切削温度，且切屑不易黏结，不易产生积屑瘤，故加工表面质量好。

2.陶瓷刀具的种类

（1）氧化铝基陶瓷刀具 最早出现的是纯氧化铝陶瓷，主要成分为氧化铝（Al₂O₃）及微量用于细化晶粒的氧化镁，经冷压烧结而成，硬度为92～94HRA，抗弯强度和韧性较低，使用范围较小。随后，在此基础上研制出复合氧化铝陶瓷，即在Al₂O₃基体中添加诸如TiC、Ni和Mo等合金元素，经热压成形，硬度达到93～94HRA，其强度、硬度和韧性均有较大幅度的提高，切削速度及进给量都有明显的增加，使用范围迅速扩大。由于研发技术的不断成熟，出现了在Al₂O₃中添加硼化钛TiB₂、Ti（C、N）、SiCw、ZrO₂等陶瓷刀具，其各项性能进一步提高，广泛应用于碳钢、合金钢和铸铁的精加工或半精加工。表1-7中列出了国内典型氧化铝基陶瓷刀具材料的性能。(www.xing528.com)

表1-7 国内典型氧化铝基陶瓷刀具材料的性能

（2）氮化硅基陶瓷刀具 最早出现的是Si₃N₄陶瓷刀具，热膨胀系数低，化学稳定性好，抗热冲击性能好。其热稳定性和抗热裂性高于Al₂O₃，适用于高速加工铸铁及铸铁合金、冷硬铸铁等高硬度材料。随后研制出Si₃N₄/TiC陶瓷刀具，这种刀具具有优良的耐磨性、热硬性和抗热冲击性。在Si₃N₄基体中添加TiC，进一步提高了切削性能，刀具寿命是硬质合金刀具的十几倍。随着研发技术的不断成熟，国际上又出现了Sialon陶瓷刀具。Sialon陶瓷刀具是用氮化铝、氧化铝和氮化硅的混合物在高温下进行热压烧结而得到的材料。在组织里添加了Y₂O₃使组织致密化。Sialon陶瓷刀具具有良好的综合性能，具有很高的强度和韧性，主要应用于铸铁、镍基合金等难加工材料的加工。

（3）新型陶瓷刀具材料 目前开发出了许多新型陶瓷刀具材料，如纳米复合陶瓷刀具、晶须增韧陶瓷刀具、梯度功能陶瓷刀具、粉末涂层陶瓷刀具、自润滑陶瓷刀具等。

3.陶瓷刀具几何角度的选择

常用陶瓷刀具几何角度的选择见表1-8。

表1-8 陶瓷刀具几何角度的选择