中國(guó)粉體網(wǎng)訊  陶瓷刀具的品種和牌號(hào)有很多,，按其主要成分大致分為氧化鋁基和氮化硅基兩大類,。大約在1911年～1913年，德國(guó)和英國(guó)最早采用Al₂O₃基陶瓷作為切削刀具,，幾經(jīng)改進(jìn)和提高,，現(xiàn)已開發(fā)出多種性能優(yōu)良的Al₂O₃基陶瓷刀具。目前世界上生產(chǎn)的陶瓷刀具大多屬于氧化鋁基陶瓷刀具,。

Al₂O₃陶瓷以其高強(qiáng)度,、高硬度、高耐磨,、抗氧化及抗熱震等優(yōu)異性能,，在機(jī)械、電子,、化工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,。純Al₂O₃陶瓷的高溫性能好,，但韌性不足，抗沖擊能力差,，切削時(shí)易發(fā)生輕微崩刃,，通過在Al₂O₃基體中添加增韌材料，可明顯改善這一現(xiàn)象,。

氧化鋁陶瓷刀具的發(fā)展概覽

（1）純Al₂O₃陶瓷刀具

這是第一代陶瓷刀具,，材料中的Al₂O₃的含量占99%以上，通過添加微量助燒劑（如MgO,、NiO,、Cr₂O₃、TiO₂等),，經(jīng)壓燒結(jié)而成,。純Al₂O₃陶瓷抗彎強(qiáng)度較低，抗沖擊能力差,，切削刃容易微崩,，但高溫性能很好，適用于小進(jìn)給量半精加工鑄鐵和鋼材,。由于其抗彎強(qiáng)度低,，目前使用已較少。

（2）Al₂O₃-碳化物陶瓷刀具

在Al₂O₃中添加一定的碳化物可以提高陶瓷的強(qiáng)度和抗沖擊性,；其中以添加TiC的Al₂O₃陶瓷應(yīng)用最多,，其添加TiC的比例為30%-60%(有的為5%-10%)，通過熱壓燒結(jié)而成,。適于高速粗,、精加工耐磨鑄鐵、淬硬鋼及高強(qiáng)度鋼等難加工材料,。與純Al₂O₃陶瓷相比,，Al₂O₃-TiC陶瓷的抗彎強(qiáng)度無論在常溫還是高溫下，都高于純Al₂O₃陶瓷,。

（3）Al₂O₃-碳化物-金屬陶瓷刀具

這類陶瓷是在Al₂O₃中除添加碳化物外,，還添加少量粘結(jié)金屬（Ni、Mo,、Co,、W等），熱壓燒結(jié)而成（亦稱金屬陶瓷）,。由于加了金屬,，提高了Al₂O₃與碳化物的連結(jié)強(qiáng)度，改善了使用性能，適于加工淬火鋼,、合金鋼,、錳鋼、冷硬鑄鐵,、鎳基和鈷基合金以及非金屬材料,。

（4）添加氮化物的Al₂O₃陶瓷刀具

在Al₂O₃中添加氮化物的Al₂O₃-氮化物組合陶瓷刀具，具有較好的抗熱震性,，其基本性能和加工范圍與Al2O3-碳化物-金屬陶瓷刀具相當(dāng),，更適于間斷切削，但其抗彎強(qiáng)度和硬度比Al₂O₃-TiC-金屬陶瓷刀具低,，有待進(jìn)一步研究改善,。

（5）添加硼化物的Al₂O₃陶瓷刀具

在Al₂O₃中添加TiB₂作為粘結(jié)劑制成的陶瓷刀具，由于其組織成分為細(xì)晶粒的Al₂O₃及連續(xù)的TiB₂粘結(jié)相,，保持了硼化物的“三維連續(xù)性”，因此具有極好的耐沖擊性和耐磨性,。

（6）增韌的Al₂O₃陶瓷刀具

增韌的Al₂O₃陶瓷是指在Al₂O₃基體中添加增韌或增強(qiáng)材料,。目前常用的增韌方法主要有：ZrO₂相變?cè)鲰g、晶須增韌及第二相顆粒彌散增韌等,。ZrO₂相變時(shí)會(huì)伴隨體積變化,，通過相變?cè)鲰g機(jī)制提高陶瓷材料的強(qiáng)度和韌性，是一種有效的強(qiáng)韌化方法,。晶須增韌是利用晶須的加強(qiáng)棒作用,，常用的晶須有TiC晶須和Si₃N₄晶須。第二相顆粒彌散增韌是利用彌散第二相顆粒來阻礙位錯(cuò)的滑移和攀移,，阻止裂紋擴(kuò)展,，達(dá)到增韌目的。

（7）石墨烯增韌氧化鋁基陶瓷刀具

有研究者認(rèn)為以上各種材料的增韌補(bǔ)強(qiáng)的幅度有限,，需要考慮新的途徑和方法,。在表1中列出了國(guó)內(nèi)外典型的氧化鋁基陶瓷刀具材料的成分及性能。從中可以看出,，盡管添加了不同的增韌顆粒,，但材料的斷裂韌性仍然較低，亟待提高,，抗彎強(qiáng)度也遠(yuǎn)小于硬質(zhì)合金刀具材料（2000-3500MPa）,。

表1典型的氧化鋁基陶瓷刀具及其性能
來源：李作麗.《石墨烯強(qiáng)韌化氧化鋁基陶瓷刀具研制與切削性能研究》

相對(duì)于傳統(tǒng)的強(qiáng)韌化相（微米級(jí)顆粒、晶須）和其它新型強(qiáng)韌化相（納米顆粒,、碳納米管）,，石墨烯具有單原子層二維結(jié)構(gòu)、很高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,、超大的比表面積以及極高的力學(xué),、熱學(xué)性能,，將其加入到陶瓷刀具材料中，可引入裂紋分叉,、裂紋偏轉(zhuǎn),、石墨烯拔出、橋接等多種機(jī)制,，有利于陶瓷刀具材料的增強(qiáng)補(bǔ)韌,。

來源：網(wǎng)絡(luò)

由于石墨烯擁有超大的比表面積，較少的添加量即可獲得很好的強(qiáng)韌化效果,。近年來,，由于制備方法及工藝的革新，石墨烯能夠較大批量生產(chǎn),，使得生產(chǎn)成本降低,，有利于石墨烯的工程化應(yīng)用，從而為石墨烯強(qiáng)韌化陶瓷刀具材料的開發(fā)提供了便利,。

氧化鋁陶瓷刀具的應(yīng)用范圍

Al₂O₃陶瓷刀具主要用于加工各種鑄鐵（灰鑄鐵,、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵,、冷硬鑄鐵,、高合金耐磨鑄鐵等）和種種鋼料（碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼,、高強(qiáng)度鋼,、高錳鋼、淬硬鋼等）,；也可加工銅合金,、石墨、工程塑料和復(fù)合材料,。

來源：網(wǎng)絡(luò)

由于鋁元素的化學(xué)親合作用,，Al₂O₃陶瓷刀具不適合加工鋁合金和鈦合金。Al₂O₃陶瓷制造的滾刀,、鉸刀,、成形車刀等刀具，不僅可用于普通車床加工,，而且由于其穩(wěn)定可靠的切削性能,，特別適用于數(shù)控機(jī)床、加工中心和自動(dòng)線加工,，尤其對(duì)高精度,、高硬度及大型工件的切削具有良好效果。

參考資料：

吳利翔等.氧化鋯增韌氧化鋁基陶瓷刀具的制備及其切削性能

周彬等.氧化鋁陶瓷刀具的發(fā)展和應(yīng)用

李作麗.石墨烯強(qiáng)韌化氧化鋁基陶瓷刀具研制與切削性能研究