中國粉體網(wǎng)訊 在現(xiàn)代化加工過程中,，提高加工效率的最有效的方法是采用高速切削加工技術(shù)。隨著人們對(duì)航空航天,、汽車及武器裝備制造技術(shù)的不斷需求,，對(duì)強(qiáng)度和精度要求的不斷提高，陶瓷刀具因其優(yōu)越的力學(xué)性能,，被越來越多地應(yīng)用在高速切削加工行業(yè)中,。
陶瓷刀具的發(fā)展史
1905年，Degussa公司率先在德國推出商品化的陶瓷刀具,。其他早期的陶瓷刀具專利分別于1912年和1942年出現(xiàn)在英國和美國,。前蘇聯(lián)于1943年在莫斯科化工技術(shù)研究所生產(chǎn)出了陶瓷刀具。1954年,，陶瓷刀具在美國獲得工業(yè)化應(yīng)用,，福特汽車公司率先將這種刀具應(yīng)用于大批量生產(chǎn)。
然而,，與傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金刀具相比,，這些早期的陶瓷刀具在性能上并未顯示出明顯的優(yōu)勢(shì)。這些刀具未獲得成功的主要原因是：強(qiáng)度不足,、切削性能一致性差,；使用的機(jī)床達(dá)不到所需的剛性、功率和主軸轉(zhuǎn)速,；此外,，當(dāng)時(shí)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)理念（如加工成本中不包括加工時(shí)間，缺乏提高切削速度的緊迫性等）亦不利于陶瓷刀具的發(fā)展,。
在材質(zhì)上,，最初的陶瓷刀具是高溫?zé)Y(jié)的純氧化鋁,，這種刀具僅適用于精車灰鑄鐵和某些軟鋼，雖然它具有較高的硬度和較好的耐磨性,，但斷裂韌性和抗熱震性不足,。之后,，研究人員在純氧化鋁陶瓷中添加了氧化鎂,、氧化鋯，使這種常壓燒結(jié)氧化鋁陶瓷刀具的切削性能有所改進(jìn),。
氮化硅陶瓷刀具,，圖片來源：京瓷
20世紀(jì)80年代，氮化硅陶瓷開始出現(xiàn),，其抗彎強(qiáng)度可達(dá)到70~85Mpa,，至此陶瓷刀具的應(yīng)用有了較大的發(fā)展。
陶瓷刀具主要原料為硅,、鋁,，其在地球上資源豐富，相較于硬質(zhì)合金刀具會(huì)用到大量的稀有金屬來說更加環(huán)保,。
陶瓷刀具主要有這幾種
陶瓷刀具材料分為3大類：氧化鋁系陶瓷,、氮化硅系陶瓷及復(fù)合氮化硅—氧化鋁系陶瓷。
氧化鋁系陶瓷刀具
以Al2O3為主體的陶瓷材料,，其中包括純氧化鋁陶瓷,、氧化鋁中添加各種碳化物、氧化物,、氮化物與硼化物等組合陶瓷以及在氧化鋁中同時(shí)添加化合物與粘結(jié)金屬的組合陶瓷等,。
氧化鋁基陶瓷刀具適用于加工高速切削硬而脆的金屬材料，如冷硬鑄鐵或淬硬鋼,，也可加工銅合金,、石墨、工程塑料和復(fù)合材料,，加工鋼材優(yōu)于氮化硅基陶瓷,。
氮化硅系陶瓷刀具
包括氮化硅（Si3N4）陶瓷和以氮化硅為基體的添加其他碳化物制成的組合氮化硅陶瓷，此類陶瓷刀具主要是以MgO為添加劑的熱壓陶瓷,。氮化硅陶瓷刀具主要原料是氮和硅,，用它代替硬質(zhì)合金，可節(jié)約大量W,、Co,、Ta、Nb等重要的金屬。
Si3N4刀具適合于鑄鐵,、高溫合金粗精加工及高速切削重切削,，其切削壽命比硬質(zhì)合金刀具高幾倍至十幾倍。此外,，Si3N4陶瓷有自潤滑性能,，摩擦系數(shù)較小，抗粘接能力強(qiáng),，不易產(chǎn)生積屑瘤,，且切削刃可磨得鋒利,，可加工出良好表面質(zhì)量,，特別適合于車削容易形成積屑瘤的工件材料，如鑄造硅鋁合金等,，在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)鑄鐵缸體等加工中應(yīng)用越來越普遍,。
復(fù)合氮化硅—氧化鋁系陶瓷刀具
賽隆（Sialon）陶瓷刀具是用氮化鋁,、氧化鋁和氮化硅的混合物在高溫下進(jìn)行熱壓燒結(jié)而得到的材料,，在其中添加Y2O3可使組織致密化。
賽隆陶瓷刀具具有很高的強(qiáng)度和韌性,，是高速粗加工鑄鐵和鎳基合金的較好刀具材料,，例如灰口鑄鐵、球墨鑄鐵,、冷硬鑄鐵以及高合金耐磨鑄鐵等,，但不宜用來加工鋼材。
陶瓷刀具在汽車中的應(yīng)用
隨著能源危機(jī)的出現(xiàn),，電動(dòng)汽車應(yīng)運(yùn)而生并得到快速發(fā)展,。由于傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)被替代了，電動(dòng)汽車上機(jī)械部件數(shù)量大大減少,，針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體,、缸蓋、曲軸,、凸輪軸和連桿等零部件的專用加工刀具的市場(chǎng)需求量逐年遞減,。
與此同時(shí)，電動(dòng)汽車的出現(xiàn)又衍生了新的金屬切削項(xiàng)目,，比如對(duì)電機(jī)軸,、電機(jī)殼體、電池托架以及新增加的各類模具的金屬切削加工,，其大部分零部件在滿足較高的生產(chǎn)效率下,，對(duì)加工精度和質(zhì)量要求也更為苛刻。陶瓷刀具在這些零部件的生產(chǎn)中常用選擇。
根據(jù)汽車功能不同劃分為八部分：底盤部分,、動(dòng)力部分,、車體部分、制動(dòng)部分,、懸掛部分,、傳動(dòng)部分、電器設(shè)備,、車載內(nèi)飾及座椅,。以下為陶瓷刀具在汽車各部位的應(yīng)用。
發(fā)動(dòng)機(jī)零部件材質(zhì)與刀具材質(zhì)選取對(duì)應(yīng)
底盤零部件材質(zhì)對(duì)應(yīng)刀具選取
陶瓷刀具在航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件上的應(yīng)用
在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域,，高溫合金材料的使用非常廣泛,，涵蓋高壓壓氣機(jī)、燃燒室,、渦輪,、渦輪后機(jī)匣及加力燃燒室等高溫部件。高溫合金材料硬度大,、加工刀具磨損量大,，零件的冷加工對(duì)刀具的依賴程度高。實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量,、高效率且低成本加工高溫合金零部件,，是現(xiàn)代航空制造業(yè)不斷追求的目標(biāo)。
硬質(zhì)合金刀具在航空制造中是主導(dǎo)刀具,，而陶瓷刀具主要用于硬質(zhì)合金刀具難以切削的工件粗加工,。與硬質(zhì)合金相比，陶瓷材料具有高硬度,、熱硬性和耐磨性的特點(diǎn),。陶瓷刀具的化學(xué)穩(wěn)定性、抗氧化能力等均優(yōu)于硬質(zhì)合金,，非常適合干式連續(xù)高速切削高溫合金,、淬硬鋼、軸承鋼,、高強(qiáng)度鋼等難加工材料,。對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)中高溫合金的應(yīng)用以及盤軸類零件使用較多的情況，陶瓷刀具可充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì),。
參考來源：
[1]張世君.汽車零部件加工刀具應(yīng)用技術(shù)淺談
[2]梁永朝.陶瓷刀具在航空零部件上的應(yīng)用
[3]袁帥等.陶瓷刀具的應(yīng)用及其發(fā)展
[4]相變?cè)鲰g陶瓷刀具材料.工具技術(shù)
