Si3N4基陶瓷概述

Si₃ N₄陶瓷是一种非氧化物工程陶瓷，其硬度可达1800～2000HV，热硬性好，能承受1300～1400℃的高温，与碳和金属元素化学反应较小，摩擦系数也较低。这类刀具适于切削铸铁、高温合金和镍基合金等材料，尤其适用于大进给量或断续切削。由于纯Si₃ N₄陶瓷刀具在切削长切屑金属（如软钢）时，极易产生月牙洼磨损，所以新一代Si₃ N₄陶瓷均为复合Si₃ N₄陶瓷刀具。新开发的Si₃ N₄陶瓷不仅可用于粗加工，而且可用于断续切削和有冷却液的切削，例如日本京陶公司的KS6000牌号。目前Si₃ N₄基陶瓷刀具的崩刃率为2%～3%，与硬质合金相当，因此已可在生产线上应用。Si₃ N₄基陶瓷刀具的缺点是磨加工性比普通陶瓷差。

（1）Si₃ N₄-TiC-Co复合陶瓷 其韧性和抗弯强度高于Al₂ O₃基陶瓷，而硬度却不降低，热导率也高于Al₂ O₃基陶瓷，故在生产中应用比较广泛。我国生产的牌号有FD02、SM、HDM1、N5等。

（2）Si₃ N₄晶须增韧陶瓷 它是在Si₃ N₄基体中加入一定量的碳化物晶须而成，从而可提高陶瓷刀具的断裂韧性。如北京方大高技术陶瓷有限公司生产的FD03刀片及湖南长沙工程陶瓷公司生产的SW21牌号均属这一类。FD03刀片是在Si₃ N₄陶瓷基体中加入了硬质弥散颗粒TiC，SW21刀片是在Si₃ N₄中加入了一定量的SiC晶须，故有较好的使用性能。国外一些切削专家认为，用Si₃ N₄基陶瓷切削钢材效果不如Al₂ O₃基复合陶瓷，故不推荐用其加工钢材。但用FD02、FD03和SW21切削淬硬钢（60～68HRC）、高锰钢、高铬钢和轴承钢时有较好的效果。

（3）Si₃ N₄-Al₂ O₃-Y₂ O₃复合陶瓷 它是以Si₃ N₄为硬质相，Al₂ O₃为耐磨相，并添加少量的助烧结剂Y₂ O₃经热压烧结而成，常称赛隆（Sialon）。如美国生产的Sialon牌号KY3000，其成分为：77%Si₃ N₄，13%Al₂ O₃，10%Y₂ O₃，其硬度达1800HV，抗弯强度达1.2GPa。美国Greeleaf公司生产的Grem4B和瑞典Sandvik公司CC680刀片，以及我国生产的TP4、SC3等均是赛隆陶瓷。KY3000陶瓷刀片在高速下切削镍基高温合金时，其材料切除率是涂层硬质合金刀具的7倍。它除能采用较大的进给量及切削速度高速加工铸铁和高温合金外，并可在面铣刀上采用双正前角（侧前角和背前角均为正值）来加工铸铁。