新型陶瓷刀具的出現(xiàn),，是人類首次通過運用陶瓷材料改革機械切削加工的一場技術(shù)革命的成果,。早在２０世紀(jì)初，德國與英國已經(jīng)開始尋求采用陶瓷刀具取代傳統(tǒng)的碳素工具鋼刀具,。陶瓷材料因其高硬度與耐高溫特性成為新一代的刀具材料,，但陶瓷也由于其人所共知的脆性受到局限，于是如何克服陶瓷刀具材料的脆性,，提高它的韌性,，成為近百年來陶瓷刀具研究的主要課題。陶瓷的應(yīng)用范圍亦日益擴大,。
工程技術(shù)界努力研制與推廣陶瓷刀具的主要原因,，（一）是可以大大提高生產(chǎn)效率；（二）是由于構(gòu)成高速鋼與硬質(zhì)合金的主要成分鎢資源在全球范圍內(nèi)的枯竭所決定,。２０世紀(jì)８０年代初估計,，全世界已探明的鎢資源僅夠使用５０年時間。鎢是世界上最稀缺的資源,，但其在切削刀具材料中的消耗卻很大,，從而導(dǎo)致鎢礦價格不斷攀升，幾十年中上漲好多倍,，這在一定程度上也促進了陶瓷刀具研制與推廣,，陶瓷刀具材料的研制開發(fā)取得了令人矚目的成果,。
到目前為止，用作陶瓷刀具的材料已形成氧化鋁陶瓷,，氧化鋁—金屬系陶瓷,、氧化鋁—碳化物陶瓷、氧化鋁—碳化物金屬陶瓷,、氧化鋁—氮化物金屬陶瓷及最新研究成功的氮化硼陶瓷刀具,。就世界范圍講，德國陶瓷刀具已不僅用于普通機床,，且已將其作為一種高效,、穩(wěn)定可靠的刀具用于數(shù)控機床加工及自動化生產(chǎn)線。日本陶瓷刀片在產(chǎn)品種類,、產(chǎn)量及質(zhì)量上均具國際先進水平,。美國在氧化物—碳化物—氮化物陶瓷刀具研制開發(fā)方面一直占世界領(lǐng)先地位。中國陶瓷刀具開發(fā)應(yīng)用也取得許多重大成果,。
�,、傺趸X陶瓷刀具：材料中采用純Ａｌ２Ｏ３陶瓷及以Ａｌ２Ｏ３為主且添加少量其它元素的陶瓷材料、如ＭｇＯ,、ＮｉＯ,、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２和Ｃｒ２Ｏ３等,。添加物有利于加強Ａｌ２Ｏ３抗彎強度,，但高溫性能有所降低，因此還是以純氧化鋁陶瓷材料為佳,。
�,。粒欤玻希程沾傻氖覝赜捕扰c高溫硬度都高于硬質(zhì)合金材料。Ａｌ２Ｏ３陶瓷室溫條件下的抗彎強度雖然較低,，但隨著使用中溫度的上升,，其抗彎強度卻較少降低。依據(jù)該項特性用于高速切削卻頗為合適,。Ａｌ２Ｏ３陶瓷在室溫與高溫時抗壓強度都很好,，尤其可以克服一般高速鋼刀具及硬質(zhì)合金切削刀刃易形成的變形及塌陷缺點。此外,，Ａｌ２Ｏ３陶瓷在物理熱性質(zhì)及抗氧化,、抗粘結(jié)性及化學(xué)惰性方面都可以大顯身手。不過氧化鋁陶瓷刀具在切削鐵合金及鋼件時,，較易產(chǎn)生粘結(jié)磨損及缺口磨損,。作為使用歷史最長的刀具材料，氧化鋁陶瓷刀具最適于高速切削硬而脆的金屬材料,，如冷硬鑄鐵或淬硬鋼,；用于大件機械零部件切削及用于高精度零件的切削加工。氧化鋁陶瓷刀具在短,、小零件,、鋼件的斷續(xù)切削及Ｍｇ、Ａｌ,、Ｔｉ及Ｂｅ等單質(zhì)材料及其合金材料切削加工時效果較差,，容易使刀具出現(xiàn)擴散磨損或發(fā)生剝落與崩刃等缺陷，是其美中不足,。
�,、谘趸X—金屬系陶瓷：為提高Ａｌ２Ｏ３陶瓷刀具韌性，材料中引入１０％以下的Ｃｒ,、Ｃｏ,、Ｍｏ、Ｗ,、Ｔｉ,、Ｆｅ等金屬元素，由此形成Ａｌ２Ｏ３金屬陶瓷,。這樣材料密度,、抗彎強度及硬度均有提高，但由于氧化鋁—金屬陶瓷刀具抗蠕變強度低,、抗氧性差,，后來推廣使用情況不佳。
�,、垩趸X—碳化物系陶瓷：系將一定比例的碳化物,，如Ｍｏ２Ｃ、ＷＣ,、ＴｉＣ,、ＴａＣ、ＮｂＣ和Ｃｒ３Ｃ２等加入到Ａｌ２Ｏ３陶瓷中,，以改善Ａｌ２Ｏ３陶瓷刀具的性能,。當(dāng)ＴｉＣ含量為３０％時，陶瓷刀具的耐用度獲得顯著提高,，而熱裂紋深度也較小,。目前國際上生產(chǎn)熱壓Ａｌ２Ｏ３—ＴｉＣ陶瓷刀具均采用此配方。Ａｌ２Ｏ３—ＴｉＣ陶瓷的抗彎強度,，耐熱沖擊性等均優(yōu)于Ａｌ２Ｏ３陶瓷刀具,。
④氧化鋁—碳化物金屬陶瓷刀具：系在Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＣ陶瓷材料中，采用Ｍｏ,、Ｎｉ（或ＣＯ,、Ｗ）等金屬作為粘結(jié)相熱壓而成的陶瓷刀具材料,。由于金屬粘結(jié)Ａｌ２Ｏ３晶粒和碳化物晶粒二者相互穿插的骨架組成，具有較高的聯(lián)接強度,，因此形成較好的切削性能,。這類陶瓷刀具最適用于加工淬硬鋼、合金鋼,、錳鋼,、冷硬鑄鐵、鑄鋼,，鎳基或鎳鉻合金,，鎳基和鈷基金合等，另外還可用于非金屬材料如纖維玻璃,，塑料夾層及陶瓷材料的切削加工,。由于氧化鋁一碳化物金屬陶瓷抗熱震性能良好，故可適用于銑削,，刨削,，反復(fù)短暫切削或其它間斷切削等，亦可采用切削液進行濕式切削等,。
�,、菅趸X—氮化物金屬陶瓷：此種陶瓷刀具材料基本性能與加工范圍與Ａｌ２Ｏ３一碳化物金屬陶瓷材料相當(dāng)，不過由于以氮化物取代碳化物,，因此它具有更好的抗熱震性能與更適用于間斷切削,。但是其抗彎強度與硬度都比添加ＴｉＣ的金屬陶瓷低一些，對它的研究與深度開發(fā)仍在繼續(xù)中,。
�,、薜鹛沾傻毒撸鹤罱毡咀∮央姎夤鹃_發(fā)研制出一種硬度更高的陶瓷刀具材料——粘合性立方晶氮化硼陶瓷（ＣＢＮ）燒結(jié)體,。該燒結(jié)材料系在壓力為７—８ＧＰａ,，在２３００℃～２４００℃超高溫高壓下燒結(jié)１０分鐘后制成。這項技術(shù)還包括在原料制備階段,，為提高ＣＢＮ純度將微粉直徑磨細(xì)等獨特的軟件技術(shù),。將粒徑為０．５ｍｍ以下的微粒結(jié)合成一體，即研制出ＣＢＮ含有率達到１００％的燒結(jié)氮化硼陶瓷材料,。
采用氮化硼材料制成的陶瓷刀具,，在對硬度甚高的鑄鐵進行切削加工時，刀具的頭端不會發(fā)生常見的受熱龜裂與缺屑,。根據(jù)不同條件,，與含有其它結(jié)合材料的ＣＢＮ燒結(jié)體相比較，氮化硼陶瓷刀具的使用時間可延長１０倍以上，成為一種可作斷續(xù)切削的材料,。尤其在汽車工業(yè)加工中,，ｈＢＮ燒結(jié)體作為可對發(fā)動機等鑄鐵硬質(zhì)材料加工的切削材料，在機械加工方面有廣闊的用途,。
此前的燒結(jié)體由于含有顆粒結(jié)合劑,，因此不能形成如ＣＢＮ那樣高的硬度與熱傳導(dǎo)率等獨特的性質(zhì)。如ＣＢＮ直接轉(zhuǎn)換技術(shù),，由于其顆粒度太粗而不適合用作高速切削工具。
總而言之,，隨著特種陶瓷材料研變與開發(fā)工作的不斷深入,，陶瓷刀具在金屬切削加工業(yè)中的應(yīng)用比例不斷擴展。隨著航空,、航天工業(yè)的發(fā)展要求,，必須滿足提高Ｔｉ合金和Ｎｉ基高溫合金等工件材料切削效率的要求，特種陶瓷刀具材料將會作出更大的貢獻,。
工程技術(shù)界努力研制與推廣陶瓷刀具的主要原因,，（一）是可以大大提高生產(chǎn)效率；（二）是由于構(gòu)成高速鋼與硬質(zhì)合金的主要成分鎢資源在全球范圍內(nèi)的枯竭所決定,。２０世紀(jì)８０年代初估計,，全世界已探明的鎢資源僅夠使用５０年時間。鎢是世界上最稀缺的資源,，但其在切削刀具材料中的消耗卻很大,，從而導(dǎo)致鎢礦價格不斷攀升，幾十年中上漲好多倍,，這在一定程度上也促進了陶瓷刀具研制與推廣,，陶瓷刀具材料的研制開發(fā)取得了令人矚目的成果,。
到目前為止，用作陶瓷刀具的材料已形成氧化鋁陶瓷,，氧化鋁—金屬系陶瓷,、氧化鋁—碳化物陶瓷、氧化鋁—碳化物金屬陶瓷,、氧化鋁—氮化物金屬陶瓷及最新研究成功的氮化硼陶瓷刀具,。就世界范圍講，德國陶瓷刀具已不僅用于普通機床,，且已將其作為一種高效,、穩(wěn)定可靠的刀具用于數(shù)控機床加工及自動化生產(chǎn)線。日本陶瓷刀片在產(chǎn)品種類,、產(chǎn)量及質(zhì)量上均具國際先進水平,。美國在氧化物—碳化物—氮化物陶瓷刀具研制開發(fā)方面一直占世界領(lǐng)先地位。中國陶瓷刀具開發(fā)應(yīng)用也取得許多重大成果,。
�,、傺趸X陶瓷刀具：材料中采用純Ａｌ２Ｏ３陶瓷及以Ａｌ２Ｏ３為主且添加少量其它元素的陶瓷材料、如ＭｇＯ,、ＮｉＯ,、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２和Ｃｒ２Ｏ３等,。添加物有利于加強Ａｌ２Ｏ３抗彎強度,，但高溫性能有所降低，因此還是以純氧化鋁陶瓷材料為佳,。
�,。粒欤玻希程沾傻氖覝赜捕扰c高溫硬度都高于硬質(zhì)合金材料。Ａｌ２Ｏ３陶瓷室溫條件下的抗彎強度雖然較低,，但隨著使用中溫度的上升,，其抗彎強度卻較少降低。依據(jù)該項特性用于高速切削卻頗為合適,。Ａｌ２Ｏ３陶瓷在室溫與高溫時抗壓強度都很好,，尤其可以克服一般高速鋼刀具及硬質(zhì)合金切削刀刃易形成的變形及塌陷缺點。此外,，Ａｌ２Ｏ３陶瓷在物理熱性質(zhì)及抗氧化,、抗粘結(jié)性及化學(xué)惰性方面都可以大顯身手。不過氧化鋁陶瓷刀具在切削鐵合金及鋼件時,，較易產(chǎn)生粘結(jié)磨損及缺口磨損,。作為使用歷史最長的刀具材料，氧化鋁陶瓷刀具最適于高速切削硬而脆的金屬材料,，如冷硬鑄鐵或淬硬鋼,；用于大件機械零部件切削及用于高精度零件的切削加工。氧化鋁陶瓷刀具在短,、小零件,、鋼件的斷續(xù)切削及Ｍｇ、Ａｌ,、Ｔｉ及Ｂｅ等單質(zhì)材料及其合金材料切削加工時效果較差,，容易使刀具出現(xiàn)擴散磨損或發(fā)生剝落與崩刃等缺陷，是其美中不足,。
�,、谘趸X—金屬系陶瓷：為提高Ａｌ２Ｏ３陶瓷刀具韌性，材料中引入１０％以下的Ｃｒ,、Ｃｏ,、Ｍｏ、Ｗ,、Ｔｉ,、Ｆｅ等金屬元素，由此形成Ａｌ２Ｏ３金屬陶瓷,。這樣材料密度,、抗彎強度及硬度均有提高，但由于氧化鋁—金屬陶瓷刀具抗蠕變強度低,、抗氧性差,，后來推廣使用情況不佳。
�,、垩趸X—碳化物系陶瓷：系將一定比例的碳化物,，如Ｍｏ２Ｃ、ＷＣ,、ＴｉＣ,、ＴａＣ、ＮｂＣ和Ｃｒ３Ｃ２等加入到Ａｌ２Ｏ３陶瓷中,，以改善Ａｌ２Ｏ３陶瓷刀具的性能,。當(dāng)ＴｉＣ含量為３０％時，陶瓷刀具的耐用度獲得顯著提高,，而熱裂紋深度也較小,。目前國際上生產(chǎn)熱壓Ａｌ２Ｏ３—ＴｉＣ陶瓷刀具均采用此配方。Ａｌ２Ｏ３—ＴｉＣ陶瓷的抗彎強度,，耐熱沖擊性等均優(yōu)于Ａｌ２Ｏ３陶瓷刀具,。
④氧化鋁—碳化物金屬陶瓷刀具：系在Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＣ陶瓷材料中，采用Ｍｏ,、Ｎｉ（或ＣＯ,、Ｗ）等金屬作為粘結(jié)相熱壓而成的陶瓷刀具材料,。由于金屬粘結(jié)Ａｌ２Ｏ３晶粒和碳化物晶粒二者相互穿插的骨架組成，具有較高的聯(lián)接強度,，因此形成較好的切削性能,。這類陶瓷刀具最適用于加工淬硬鋼、合金鋼,、錳鋼,、冷硬鑄鐵、鑄鋼,，鎳基或鎳鉻合金,，鎳基和鈷基金合等，另外還可用于非金屬材料如纖維玻璃,，塑料夾層及陶瓷材料的切削加工,。由于氧化鋁一碳化物金屬陶瓷抗熱震性能良好，故可適用于銑削,，刨削,，反復(fù)短暫切削或其它間斷切削等，亦可采用切削液進行濕式切削等,。
�,、菅趸X—氮化物金屬陶瓷：此種陶瓷刀具材料基本性能與加工范圍與Ａｌ２Ｏ３一碳化物金屬陶瓷材料相當(dāng)，不過由于以氮化物取代碳化物,，因此它具有更好的抗熱震性能與更適用于間斷切削,。但是其抗彎強度與硬度都比添加ＴｉＣ的金屬陶瓷低一些，對它的研究與深度開發(fā)仍在繼續(xù)中,。
�,、薜鹛沾傻毒撸鹤罱毡咀∮央姎夤鹃_發(fā)研制出一種硬度更高的陶瓷刀具材料——粘合性立方晶氮化硼陶瓷（ＣＢＮ）燒結(jié)體,。該燒結(jié)材料系在壓力為７—８ＧＰａ,，在２３００℃～２４００℃超高溫高壓下燒結(jié)１０分鐘后制成。這項技術(shù)還包括在原料制備階段,，為提高ＣＢＮ純度將微粉直徑磨細(xì)等獨特的軟件技術(shù),。將粒徑為０．５ｍｍ以下的微粒結(jié)合成一體，即研制出ＣＢＮ含有率達到１００％的燒結(jié)氮化硼陶瓷材料,。
采用氮化硼材料制成的陶瓷刀具,，在對硬度甚高的鑄鐵進行切削加工時，刀具的頭端不會發(fā)生常見的受熱龜裂與缺屑,。根據(jù)不同條件,，與含有其它結(jié)合材料的ＣＢＮ燒結(jié)體相比較，氮化硼陶瓷刀具的使用時間可延長１０倍以上，成為一種可作斷續(xù)切削的材料,。尤其在汽車工業(yè)加工中,，ｈＢＮ燒結(jié)體作為可對發(fā)動機等鑄鐵硬質(zhì)材料加工的切削材料，在機械加工方面有廣闊的用途,。
此前的燒結(jié)體由于含有顆粒結(jié)合劑,，因此不能形成如ＣＢＮ那樣高的硬度與熱傳導(dǎo)率等獨特的性質(zhì)。如ＣＢＮ直接轉(zhuǎn)換技術(shù),，由于其顆粒度太粗而不適合用作高速切削工具。
總而言之,，隨著特種陶瓷材料研變與開發(fā)工作的不斷深入,，陶瓷刀具在金屬切削加工業(yè)中的應(yīng)用比例不斷擴展。隨著航空,、航天工業(yè)的發(fā)展要求,，必須滿足提高Ｔｉ合金和Ｎｉ基高溫合金等工件材料切削效率的要求，特種陶瓷刀具材料將會作出更大的貢獻,。
