1、用陶瓷材料做刀具

在金屬材料機械加工中, 切削加工是基本、可靠的精密加工手段, 刀具材料的性能對切削加工效率、精度、表面質量、刀具壽命有著決定性的影響。在現(xiàn)代切削加工中, 陶瓷刀具材料以其優(yōu)異的耐熱性、耐磨性和化學穩(wěn)定性, 在高速切削領域和切削難加工材料方面扮演著越來越重要的角色。陶瓷刀具材料主要包括氧化鋁、氮化硅及賽隆系列。其他陶瓷材料, 例如氧化鋯、硼化鈦陶瓷等作為刀具材料也有使用。

 2、氧化鋁系列

純的氧化鋁陶瓷含 Al 2 O 3 99% 以上, 強度低, 抗熱震性及斷裂韌性較差, 切削時易崩刃, 故沒有廣泛使用。碳化物、氮化物和硼化物材料具有很高的強度和硬度, 可以作為 Al 2 O 3 陶瓷中的增強相。這類物質包括TiC、TiN、TiB 2 、Ti( CN) 、WC、ZrC 等。采用重復熱壓工藝制備Al 2 O 3 - Ti( CN) 刀具材料, 抗彎強度可達 820MPa, 斷裂韌性7. 4MPa#m1P2 , 維氏硬度 20. 4GPa。切削試驗表明: 此種材料適合連續(xù)切削鑄鐵和硬化鋼, 尤其適合間歇切削硬化鋼。晶須是一種廣泛使用的增強增韌陶瓷材料, 增強Al 2 O 3 使用的主要是 SiC、Si 3 N 4 晶須。SiC 晶須在Al 2 O 3基體中起加強棒的作用, 并使應力在基體內分散。這種陶瓷刀具斷裂韌性、強度和硬度都比較高, 非常適合加工鎳基耐熱合金及較低的切削速度加工各種鑄鐵和非金屬脆性材料。Si 3 N 4 晶須加入到 Al 2 O 3 基體中可以提高陶瓷的抗熱沖擊性, 適合切削鎳鉻鐵耐熱合金材料氧化鋯相變增韌是一種廣泛使用的增韌工藝。在Al 2 O 3 材料中加入15% 部分穩(wěn)定的氧化鋯, 1 550 e 真空燒結 2 h, 制備出 ZrO 2 - Al 2 O 3 復合材料, 斷裂韌性8. 2MPa#m1P2 , 抗彎強度可達 884MPa。這類陶瓷刀具具有較好的韌性和抗熱沖擊性, 但耐磨性較差, 主要用于鑄鐵和合金的粗加工。
以氧化鋯陶瓷為主要原料的鋯英石基陶瓷顏料，是高級釉料的重要成分;氧化鋯的熱導率在常見的陶瓷材料中低，而熱膨脹系數(shù)又與金屬材料較為接近，成為重要的結構陶瓷材料;特殊的晶體結構，使之成為重要的電子材料;

氧化鋯陶瓷的相變增韌等特性，成為塑性陶瓷材料的寵兒;良好的機械性能和熱物理性能，使它能夠成為金屬基復合材料中性能優(yōu)異的增強相。

自從Gupta首次報道了四方氧化鋯陶瓷TZP以來，TZP材料的研究一直方興未艾。TZP陶瓷是氧化鋯增韌陶瓷中室溫力學性能高的一種材料。

其強度和斷裂韌性可高達1. 5GPa和l 5MPa/m2，其硬度、耐磨性和耐化學腐蝕性也較好，常被應用于嚴酷環(huán)境和苛刻負載條件，如用做拉絲模、軸承、密封件和替代人骨，以及發(fā)動機活塞頂、氣門機構中的凸輪、玻璃纖維和磁帶的切刀等。