陶瓷材料在刀具上的應用

日常生活中，我們切菜有菜刀，削鉛筆有鉛筆刀，切紙也有專門的刀具，切玻璃有玻璃刀，其前端鑲嵌有人造金剛石。工業中，一般使用硬質合金刀具切削。但是，隨著現代制造技術的發展,各種新型的難加工材料在產品中大量應用,傳統的硬質合金刀具已難以滿足生產需要,而陶瓷刀具由于其優良的切削性能和高的性能價格比而受到了人們的青睞。利用陶瓷刀具加工鋼、鑄鐵、淬硬鋼、高錳鋼和鎳基等高溫合金時,刀具壽命可比硬質合金刀具長幾倍、甚至幾十倍。在生產中它不但能用于一般的車、鏜和銑削加工,而且已成功地用于孔加工刀具上;除可在普通機床上使用外,也能有效地用于數控機床等高效設備,在國際上公認為是當代提高生產效率最有潛質的一種刀具。
　　
　　20世紀以來,隨著宇宙開發、原子能工業的興起和電子工業的迅速發展,陶瓷刀具材料的發展也從傳統陶瓷走向多元復相陶瓷階段。并先后經歷了不同的發展階段:50年代以氧化鋁陶瓷為主;60 年代,開始從事非氧化物陶瓷的研究;70年代后期至80年代初期,發展了氮化硅陶瓷及相變增韌陶瓷;80年代后期到90年代,各種增韌機理的陶瓷得到了長足的發展,陶瓷材料進入復相發展階段。20世紀80年代后,由于顆粒彌散補強、晶須增韌、相變增韌等陶瓷材料增韌補強機理的不斷發展,利用這些機理開發出的二元陶瓷材料也取得了很大的進展,如利用SiCP、TiCP、TiB2(下標P表示顆粒,下文同) 等作為彌散相強化Al2O3、ZrO2等氧化物陶瓷和SiC、Si3N4等非氧化物陶瓷;用SiCW(下標W表示晶須,下文同)增韌Al2O3、ZrO2、Si3N4、莫來石以及玻璃等的復相陶瓷；用ZrO2增韌Al2O3、莫來石等復相陶瓷都得到了飛速發展,出現了許多高性能的復合陶瓷材料并在某些工業領域得到了推廣應用,逐步形成具有一定規模的產業。近年來,人們在二元組份復相陶瓷的基礎上,開始利用多種增韌機制協同作用的設想,在理論、實驗及技術研究三個不同層次上開展多元復相陶瓷的探索工作,并取得了可喜的成果,將陶瓷的強度和韌性又提高到一個新的水平,多元系復相陶瓷的發展成為目前材料科學和固體力學交叉領域內最引人注目的前沿課題之一,正受到世界各國的廣泛重視。
　　
　　與金剛石和CBN(立方氮化硼) 等超硬刀具相比,由于陶瓷的價格相對較低,因此有人認為:“隨著現代陶瓷刀具材料性能的不斷改進,今后它將同涂層硬質合金刀具、金剛石和CBN 等超硬刀具一起成為高速加工三種主要刀具之一”。新型陶瓷刀具的出現，是人類首次通過運用陶瓷材料改革機械切削加工的一場技術革命的成果。陶瓷材料因其高硬度與耐高溫特性成為新一代的刀具材料，但也由于脆性受到局限。于是克服陶瓷刀具材料的脆性，提高其韌性，成為近百年來陶瓷刀具研究的主要課題。可以預料,隨著各種新型陶瓷刀具材料的使用,必將促進高效機床及高速切削技術的發展,而高效機床及高速切削技術的推廣與應用,又將進一步推動新型陶瓷刀具材料的使用。
　　
　　隨著陶瓷材料研究與開發工作的不斷深入，陶瓷刀具在金屬切削加工業中的應用比例必然不斷擴展；隨著航空、航天工業發展的需要，陶瓷刀具材料將會作出更大的貢獻。