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)。隨著人們對航空航天、汽車及武器裝備制造技術(shù)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(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。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(zhuǎn)速；此外，當時的技術(shù)經(jīng)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(zhì)上，最初的陶瓷刀具是高溫燒結(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。

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(xiàn)，其抗彎強度可達到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(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，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)動機鑄鐵缸體等加工中應(yīng)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(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

隨著能源危機的出現(xiàn)，電動汽車應(yīng)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(shù)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(xiàn)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(chǎn)效率下，對加工精度和質(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、動力部分、車體部分、制動部分、懸掛部分、傳動部分、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)動機零部件材質(zhì)與刀具材質(zhì)選取對應(yīng)

底盤零部件材質(zhì)對應(yīng)刀具選取

陶瓷刀具在航空發(fā)動機零部件上的應(yīng)用

在航空發(fā)動機領(lǐng)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(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。

硬質(zhì)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(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。陶瓷刀具的化學穩(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、高強度鋼等難加工材料。對于航空發(fā)動機中高溫合金的應(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。

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]相變增韌陶瓷刀具材料.工具技術(shù)