陶瓷刀具材料

出处：按学科分类—工业技术 轻工业出版社《工模具材料应用手册》第320页（1591字）

在国外，氧化铝陶瓷刀片正式作为商品出售始于五十年代中期。由于其硬度、耐磨性和红硬性均优于硬质合金，而且有较高的化学稳定性和抗高温粘附性能，在1200℃或更高的切削温度下加工有色金属、铸铁和各种钢材，能保证高的表面光洁度和尺寸稳定性。另外，Al₂O₃资源丰富、价格低廉，被认为是一种很有前途的刀具材料。其最大缺点是抗弯强度低(只有35～45公斤／毫米²)、性脆、容易崩刃，不适于冲击大的断续切削加工，因而在使用上受到限制，发展十分缓慢。近年来陶瓷刀具材料在研制方面取得较大进展，随着工艺水平的提高，高纯氧化物陶瓷的晶粒尺寸由5微米减小到2微米甚至更小，抗弯强度大大提高，目前一般已达50～70公斤／毫米²，个别能到80公斤／毫米²。此外，还发展了含有其他碳化物和金属的复合陶瓷，抗弯强度已提高到100公斤／毫米²以上，现在陶瓷刀具材料在车削方面已经占有稳定地位，并逐渐扩展到铣削领域，陶瓷刀具在整个刀具材料中所占比例也逐年加大。

我国的陶瓷刀具材料包括高纯氧化铝陶瓷、热压氧化铝－碳化钛复合陶瓷和热压氮化硅陶瓷三大类别。

成都工具研究所是我国最早研制并成批生产陶瓷刀具的唯一单位，年产陶瓷刀片1．2～1．5万片。该所陶瓷刀具的主要产品为代号AM的高纯氧化铝陶瓷刀片。AM刀片系由晶粒1～3微米的微晶Al₂O₃及微量MgO经冷压烧结制成(加入MgO的目的是为了细化晶粒)。其硬度HRA92，抗弯强度45公斤／毫米²左右，外观颜色根据烧结气氛可以呈白色或黑色，目前生产的全部为机夹可转位刀片，已形成系列。AM刀片用于粗车高速钢钻头和丝锥的毛坯外径，切削速度为80～200米／分，用于粗加工耐磨合金铸铁的泥浆泵，同硬质合金比较生产率可提高7倍，切削速度可提高5倍。高纯氧化铝陶瓷刀片也可采用热压成形，北京钢铁学院曾进行试验研究，其硬度HRA92．5，抗弯强度可达60公斤／毫米²。

对于热压氧化铝－碳化钛复合陶瓷，成都工具研究所和济南冶金科学研究所先后开始研制并已小批投入生产，其主要成分除Al₂O₃和TiC外，还添加有MgO和金属Ni、Mo。不同代号复合陶瓷刀片的主要成分和性能见表109。

表109 热压氧化铝－碳化钛复合陶瓷的主要成分和性能

热压复合陶瓷由于高温高压作用，制品晶粒较细(≤1微米)硬度和抗弯强度较高纯氧化铝陶瓷均有很大提高，除可用于精加工、半精加工各种钢材和铸铁外，特别适于加工高强度钢、高淬硬钢、冷硬铸铁轧辊等难加工材料，其性能已接近日本和西德同类产品水平，开始进入国际先进行列。

热压氮化硅陶瓷系由上海硅酸盐研究所和清华大学分别研制成功的一种新型陶瓷刀具材料，晶态Si₃N₄显微硬度可达HV5000，仅次于立方氮化硼和金刚石，远高于碳化钨、碳化钛和氧化铝。热压氮化硅陶瓷刀具的抗弯强度已稳定在60～80公斤／毫米²，其抗冲击能力也优于高纯氧化铝陶瓷和聚晶立方氮化硼刀具，通过对助烧结剂和热压烧结工艺的进一步改进研究，抗弯强度还可进一步提高。此外，其耐热性可达1300℃，能承受较高的切削温度和热冲击，由于化学稳定性良好，所以能完成硬质合金，氧化铝基陶瓷和金刚石所难以胜任的切削工作。应用热压氮化硅陶瓷刀片精加工和半精加工淬硬钢，冷硬铸铁、纯钼、热解石墨、玻璃丝层压件等难切削材料，刀具耐用度较硬质合金一般提高1～3倍，有的甚至高于10倍以上，而且可以用于间断切削、端面铣削和车制螺纹，是一种很有发展前途的新型超硬刀具材料。