陶瓷嵌件材料的發展及技術趨勢

陶瓷刀片材料的發展及技術趨勢

在機械加工中，刀具一直被稱為“工業製造的牙齒”，刀具材料的切削性能是決定其生產效率、生產成本和加工質量的關鍵因素之一。因此，正確選擇刀具材料很重要，陶瓷刀具以其優異的耐熱性、耐磨性和化學穩定性，在高速切削和難切削領域表現出傳統刀具無法比擬的優勢。 -機械材料，陶瓷刀具的主要原材料是鋁和矽。地殼中豐富的內容可以說是取之不盡、用之不竭。因此，新型陶瓷工具的應用前景十分廣闊。

一、陶瓷工具的種類

陶瓷刀具材料的進步主要集中在改進傳統刀具陶瓷材料的性能、細化晶粒、成分複合、塗層、改進燒結工藝和開發新產品，以獲得耐高溫、耐磨和抗磨損性能。優良的切屑性能，可滿足高速精密加工的需要。河南超硬材料研究所可將陶瓷刀具材料大致分為氧化鋁、氮化矽和氮化硼（立方氮化硼刀具）三大類。在金屬切削領域，氧化鋁陶瓷刀片和氮化矽陶瓷刀片統稱為陶瓷刀片；在無機非金屬材料中，立方氮化硼材料屬於陶瓷材料的一大類。以下是這三種陶瓷的特點。

(1)氧化鋁(Al 2 O 3 )系陶瓷：在碳化物系陶瓷中添加Ni、Co、W等作為粘合劑金屬，可以提高氧化鋁與碳化物的結合強度。具有良好的耐磨性和耐熱性，其高溫化學穩定性不易與鐵發生相互分化或化學反應。因此，氧化鋁基陶瓷刀具的應用範圍最廣，適用於鋼和鑄鐵。對其合金進行高速加工；由於提高了抗熱震性，也可用於斷續切削條件下的銑削或刨削，但不適用於加工鋁合金、鈦合金和鈮合金，否則易產生化學磨損。

（2）氮化矽（Si3N4）基陶瓷刀具：是在氮化矽基體中加入適量的金屬碳化物和金屬強化劑，利用複合強化效應（也稱彌散）製成的陶瓷刀具。強化效果）。其特點是硬度高、耐磨性好、耐熱性和抗氧化性好，氮化矽與碳及金屬元素的化學反應小，摩擦因數也低。適用於精加工、半精加工、精加工或半精加工。

(3)氮化硼陶瓷(立方氮化硼刀具)：硬度高、耐磨、耐熱性好、熱穩定性好、導熱性好、摩擦係數低、線膨脹係數小。如華菱立方氮化硼刀具BN-S20級用於淬硬鋼粗加工，BN-H10級用於淬硬鋼高速精加工，BN-K1級加工高硬度鑄鐵，BN-S30級高速切削灰鑄鐵比陶瓷刀片更經濟。

二、陶瓷工具的特點

陶瓷工具的特點：（1）耐磨性好； (2)耐高溫，紅硬性好； (3)刀具耐用度比傳統刀具高數倍甚至數倍，減少加工過程中換刀次數，保證小錐度和被加工工件精度高； (4) 不僅可用於高硬度材料的粗加工和精加工，還可用於銑削、刨削、斷續切削和毛坯粗加工等衝擊較大的加工； (5)陶瓷刀片切割時，與金屬的摩擦力小，切割時不易與刀片粘結，不易產生積屑瘤，可進行高速切割。

與硬質合金刀片相比，陶瓷刀片可承受2000℃的高溫，而硬質合金在800℃時變軟；所以陶瓷刀具具有較高的溫度化學穩定性，可以高速切削，但缺點是陶瓷刀片。強度和韌性低，容易折斷。後來又推出了氮化硼陶瓷（以下簡稱立方氮化硼刀具），主要用於車削、銑削、鏜削超硬材料。立方氮化硼刀具的硬度遠高於陶瓷刀片。因其硬度高，又與金剛石一起被稱為超硬材料。常用於加工硬度高於HRC48的材料。它具有優異的高溫硬度——高達2000°C，雖然它比硬質合金刀片更脆，但與氧化鋁陶瓷工具相比，衝擊強度和抗壓碎性都有顯著提高。此外，一些特殊的立方氮化硼刀具（如華超超硬BN-K1和BN-S20）可以承受粗加工的切屑負荷，可以承受斷續加工和精加工的衝擊。磨損和切削熱，這些特性可以滿足淬硬鋼和高硬度鑄鐵用立方氮化硼刀具的高難度加工。