中國粉體網訊 在現代化加工過程中，提高加工效率的最有效的方法是采用高速切削加工技術。隨著人們對航空航天、汽車及武器裝備制造技術的不斷需求，對強度和精度要求的不斷提高，陶瓷刀具因其優(yōu)越的力學性能，被越來越多地應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年出現在英國和美國。前蘇聯于1943年在莫斯科化工技術研究所生產出了陶瓷刀具。1954年，陶瓷刀具在美國獲得工業(yè)化應用，福特汽車公司率先將這種刀具應用于大批量生產。
然而，與傳統(tǒng)的硬質合金刀具相比，這些早期的陶瓷刀具在性能上并未顯示出明顯的優(yōu)勢。這些刀具未獲得成功的主要原因是：強度不足、切削性能一致性差；使用的機床達不到所需的剛性、功率和主軸轉速；此外，當時的技術經濟理念（如加工成本中不包括加工時間，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。
在材質上，最初的陶瓷刀具是高溫燒結的純氧化鋁，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，使這種常壓燒結氧化鋁陶瓷刀具的切削性能有所改進。
氮化硅陶瓷刀具，圖片來源：京瓷
20世紀80年代，氮化硅陶瓷開始出現，其抗彎強度可達到70~85Mpa，至此陶瓷刀具的應用有了較大的發(fā)展。
陶瓷刀具主要原料為硅、鋁，其在地球上資源豐富，相較于硬質合金刀具會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添加化合物與粘結金屬的組合陶瓷等。
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，摩擦系數較小，抗粘接能力強，不易產生積屑瘤，且切削刃可磨得鋒利，可加工出良好表面質量，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)動機鑄鐵缸體等加工中應用越來越普遍。
復合氮化硅—氧化鋁系陶瓷刀具
賽�。⊿ialon）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行熱壓燒結而得到的材料，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用
隨著能源危機的出現，電動汽車應運而生并得到快速發(fā)展。由于傳統(tǒng)的發(fā)動機被替代了，電動汽車上機械部件數量大大減少，針對發(fā)動機缸體、缸蓋、曲軸、凸輪軸和連桿等零部件的專用加工刀具的市場需求量逐年遞減。
與此同時，電動汽車的出現又衍生了新的金屬切削項目，比如對電機軸、電機殼體、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效率下，對加工精度和質量要求也更為苛刻。陶瓷刀具在這些零部件的生產中常用選擇。
根據汽車功能不同劃分為八部分：底盤部分、動力部分、車體部分、制動部分、懸掛部分、傳動部分、電器設備、車載內飾及座椅。以下為陶瓷刀具在汽車各部位的應用。
發(fā)動機零部件材質與刀具材質選取對應
底盤零部件材質對應刀具選取
陶瓷刀具在航空發(fā)動機零部件上的應用
在航空發(fā)動機領域，高溫合金材料的使用非常廣泛，涵蓋高壓壓氣機、燃燒室、渦輪、渦輪后機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，零件的冷加工對刀具的依賴程度高。實現高質量、高效率且低成本加工高溫合金零部件，是現代航空制造業(yè)不斷追求的目標。
硬質合金刀具在航空制造中是主導刀具，而陶瓷刀具主要用于硬質合金刀具難以切削的工件粗加工。與硬質合金相比，陶瓷材料具有高硬度、熱硬性和耐磨性的特點。陶瓷刀具的化學穩(wěn)定性、抗氧化能力等均優(yōu)于硬質合金，非常適合干式連續(xù)高速切削高溫合金、淬硬鋼、軸承鋼、高強度鋼等難加工材料。對于航空發(fā)動機中高溫合金的應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。
參考來源：
[1]張世君.汽車零部件加工刀具應用技術淺談
[2]梁永朝.陶瓷刀具在航空零部件上的應用
[3]袁帥等.陶瓷刀具的應用及其發(fā)展
[4]相變增韌陶瓷刀具材料.工具技術
