陶瓷刀具材料概述

陶瓷刀具材料的主要成分是硬度和熔点很高的Al₂0₃、Si₃N₄等氧化物、氮化物，再加入少量的碳化物、氧化物或金属等添加剂，经制粉、压制、烧结而成。

目前，国内外应用最为广泛的陶瓷刀具材料大多数为复相陶瓷，其种类及可能的组合如图所示。新型陶瓷刀具材料的研究开发基本上都是根据该图关系的组合，采取不同的增韧补强机制来进行设计的。陶瓷刀具的种类主要有氧化铝基陶瓷、氮化硅基陶瓷以及各种不同组合的新型陶瓷材料，其中以氧化铝基和氮化硅基陶瓷刀具材料应用最为广泛。

陶瓷刀具材料具有以下性能特点:

(1)硬度高、耐磨性能好     陶瓷刀具的硬度虽然不及PCD和PCBN高，但大大高于硬质合金和高速钢刀具，达到93~95HRA。陶瓷刀具的最佳切削速度可以比硬质合金刀具高2~10倍，而且刀具寿命长，可减少换刀次数，从而大大提高了切削加工生产效率。因此，陶瓷刀具可以加工传统刀具难以加工的高硬材料，实现“以车代磨”。陶瓷刀具适合于高速切削和硬切削。

(2)耐高温、耐热性好     陶瓷刀具在1200℃以上的高温下仍能进行切削。陶瓷刀具具有很好的高温力学性能，在800℃时的硬度为87HRA，在1200℃时的硬度仍达到80HRA。随温度的升高，陶瓷刀具的高温力学性能降低很慢。Al₂0₃陶瓷刀具的抗氧化性能特别好，切削刃即使处于红热状态，也能连续使用。因此，陶瓷刀具可以实现干切削，从而可省去切削液。

(3)化学稳定性好     陶瓷刀具不易与金属产生粘接，且耐腐蚀、化学稳定性好可减小刀具的粘接磨损。

(4)摩擦系数低     陶瓷刀具与金属的亲和力小，摩擦系数低，可减小切削力和切削温度。这不仅能减少刀具磨损，提高刀具寿命，而且可减小已加工表面的表面粗糙度值，因此在高速精车和精密铣削时，可获得以车、铣代磨的效果。

(5)原料丰富     硬质合金中所含的W和Co等资源缺乏，价格昂贵，而陶瓷刀具材料使用的主要原料Al₂0₃、Si0₂、碳化物等是地球上最丰富的元素，对发展陶瓷刀具材料十分有利。因此，开发和使用陶瓷刀具，对节省战略性贵重金属具有十分重要的意义。

(6)强度和韧性低、热导率低     陶瓷刀具材料属典型的脆性材料，抗弯强度和冲击韧度低，热导率仅为硬质合金的1/5~1/2，而线胀系数却比硬质合金高10%~30%。

热冲击性差。当温度发生明显变化时，容易产生裂变，导致刀片破损，陶瓷刀具的导热性较差，通常进行干切削或使用润滑剂进行切削，以减少前刀面与工件的摩擦，只有在加工某些难加工材料时，加人一定的切削液，提高刀具寿命。使用切削液时，必须在刀具接触工件前对切削区域浇注切削液，直到刀具完全切削完毕为止，同时切削液必须大量连续供应，流量不得少于4~6L/min，否则切削温度的变化会加剧陶瓷刀具的崩刃实质破损。