陶瓷材料在切削加工领域的蓬勃发展

     近年来中国的切削加工行业蓬勃发展，已超过德国和美国成为世界上最大的切削刀具消费国，传统的刀具材料因其局限性已无法胜任现代科技发展所需要的各种高强、高硬及高速工程材料的切削加工，陶瓷刀具则以其优异的耐热性、耐磨性和化学稳定性，在高速切削领域和切削难加工材料方面显示了传统刀具无法比拟的优势。

     陶瓷材料具有很高的硬度、耐磨性和红硬性，与钢的亲和力小，化学稳定性好，当切削温度高于800℃时，传统刀具刀刃的强度和硬度大幅下降，磨损加剧。陶瓷材料1200℃仍能正常切削，因此在高速高温干切削上占有很大优势，广泛应用于高锰钢、高铬、镍、钼合金钢、冷硬铸铁、各类淬硬钢（HRC50以上）、各类铸铁等，并已在汽车齿轮、飞轮、轴、轴承等、轧辊、模具、缸套等零部件加工中广泛使用，解决了各行各业中高硬度难加工材料的切削加工，提高工作效率。[1]    

图1 陶瓷刀具via网络

陶瓷材料在机械加工中的优越性有：可加工传统刀具难以加工或根本不能加工的高硬材料；不仅能对高硬度材料进行粗、精加工，也可进行铣削、刨削、断续切削和毛坯拔荒粗车等冲击力很大的加工；刀具耐用度比传统刀具高几倍甚至几十倍，减少了加工中的换刀次数，保证被加工工件的小锥度和高精度；可进行高速切削或实现“以车、铣代磨”，切削效率比传统刀具高3~10倍。[2]

上世纪 90 年代，国外就有陶瓷专利出现，并开始有陶瓷刀具产品。随着材料科学与制造技术的进步，通过添加助烧剂、采用热压烧结或热等静压等烧结方式、添加晶须或其他增韧方式，使陶瓷刀具断裂韧性、抗弯强度大幅提升。氮化硅陶瓷和sialon陶瓷的出现丰富了陶瓷刀具种类，极大地扩大了陶瓷刀具的应用领域。

国外切削刀具的知名厂家都有自己的陶瓷牌号，如美国Kennametal、瑞典Sandvik、日本Kyocera等。日本陶瓷刀片在产品种类、产量及质量上均具国际先进水平，日本陶瓷刀具的年消耗量已占刀具总量的8%～10%。美国在氧化物、碳化物、氮化物陶瓷刀具研制开发与应用方面一直占世界领先地位。

中国陶瓷刀具开发应用也取得许多重大成果。多年来中国材料研究工作者，在先进结构陶瓷方面做了大量工作，在基础理论研究、应用研究以及新材料、新产品开发等多方面都取得显著的成果。开发出耐磨耐腐蚀零部件用陶瓷、陶瓷热交换器、电光源透明陶瓷、陶瓷切削刀具、蜂窝陶瓷、泡沫陶瓷、多孔陶瓷等多种陶瓷产品。在陶瓷刀具方面，不少单位都开展了新型陶瓷刀具的研究，取得显著的效果。中国科学院院士、北京科技大学葛昌纯教授认为，第三次工具革命即将兴起，而在此次革命中，陶瓷材料的应用和开发将是重点。在先进陶瓷研究中，葛院士提出复合氮化物作为氮化硅的新型烧结助剂，提高了材料的高温性能，并以此研制成功高性能的陶瓷刀具。