陶瓷刀具的品種和牌號有很多，按其主要成分大致分為氧化鋁基(ji)和氮(dan)化(hua)硅基(ji)兩大類(lei)。大約在1911年～1913年，德國和英國最早(zao)采(cai)用Al2O3基(ji)陶(tao)瓷作(zuo)為(wei)切削刀具(ju)，幾經(jing)改進(jin)和提高，現已開發出多種性能優良的Al2O3基(ji)陶(tao)瓷刀具(ju)。目前世界(jie)上生產(chan)的陶(tao)瓷刀具(ju)大多屬于氧(yang)化(hua)鋁基(ji)陶(tao)瓷刀具(ju)。

Al2O3陶瓷以其高(gao)(gao)(gao)強度(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)硬度(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)耐磨、抗(kang)氧化(hua)及(ji)抗(kang)熱(re)震等(deng)優異(yi)性能，在機械(xie)、電子、化(hua)工(gong)等(deng)領域得(de)到廣泛應用。純Al2O3陶瓷的高(gao)(gao)(gao)溫(wen)性能好，但韌性不足(zu)，抗(kang)沖擊能力(li)差(cha)，切削時易發(fa)生(sheng)輕微崩刃，通過在Al2O3基體中添加(jia)增韌材料，可明顯改善這一現象。

氧化鋁陶瓷刀具的

發展概覽

1純Al2O3陶瓷刀具

這是第(di)一代陶瓷刀具，材料中的(de)Al2O3的(de)含量占99%以上，通過添加微量助(zhu)燒劑(如MgO、NiO、Cr2O3、TiO2等)，經(jing)壓燒結(jie)而成。純Al2O3陶瓷抗(kang)彎(wan)強度較(jiao)低，抗(kang)沖擊(ji)能(neng)力差，切削刃容易微崩，但(dan)高溫(wen)性能(neng)很好，適用(yong)于小進給量半精加工鑄(zhu)鐵和(he)鋼材。由(you)于其抗(kang)彎(wan)強度低，目前使用(yong)已(yi)較(jiao)少。

2Al2O3-碳化(hua)物陶瓷刀(dao)具

在Al2O3中添(tian)加(jia)一定的(de)碳化物可以提高陶瓷的(de)強度和抗沖擊(ji)性(xing)；其中以添(tian)加(jia)TiC的(de)Al2O3陶瓷應用最多，其添(tian)加(jia)TiC的(de)比(bi)例(li)為30%-60%(有(you)的(de)為5%-10%)，通過(guo)熱壓(ya)燒(shao)結而成。適(shi)于高速粗、精加(jia)工耐(nai)磨鑄鐵、淬硬鋼(gang)及高強度鋼(gang)等(deng)難加(jia)工材(cai)料。與純Al2O3陶瓷相比(bi)，Al2O3-TiC陶瓷的(de)抗彎強度無論在常(chang)溫(wen)還是高溫(wen)下，都高于純Al2O3陶瓷。

3Al2O3-碳化物-金屬陶瓷刀具

這類(lei)陶瓷是在Al2O3中(zhong)除添加碳化物外，還添加少量粘(zhan)結(jie)(jie)金(jin)屬(shu)(Ni、Mo、Co、W等)，熱壓(ya)燒結(jie)(jie)而成(亦稱金(jin)屬(shu)陶瓷)。由于(yu)加了金(jin)屬(shu)，提高了Al2O3與碳化物的連結(jie)(jie)強度，改善了使(shi)用性能，適于(yu)加工淬(cui)火鋼、合(he)金(jin)鋼、錳鋼、冷(leng)硬鑄鐵、鎳基(ji)和(he)鈷基(ji)合(he)金(jin)以及(ji)非金(jin)屬(shu)材料。

4添(tian)加氮化物(wu)的Al2O3陶瓷刀(dao)具

在Al2O3中添加氮化(hua)(hua)物(wu)的Al2O3-氮化(hua)(hua)物(wu)組合陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)刀(dao)具(ju)，具(ju)有(you)較(jiao)好(hao)的抗熱震性(xing)(xing)，其基本性(xing)(xing)能和加工范(fan)圍(wei)與Al2O3-碳化(hua)(hua)物(wu)-金屬(shu)陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)刀(dao)具(ju)相當，更適于間斷切削，但(dan)其抗彎強度和硬度比Al2O3-TiC-金屬(shu)陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)刀(dao)具(ju)低，有(you)待進一步研究改善。

5添加硼化(hua)物的Al2O3陶瓷刀具

在Al2O3中添(tian)加TiB2作為粘(zhan)結(jie)劑制成的陶(tao)瓷(ci)刀具(ju)，由(you)于其(qi)組織成分為細晶粒(li)的Al2O3及連續的TiB2粘(zhan)結(jie)相，保持(chi)了硼(peng)化物(wu)的“三(san)維連續性(xing)”，因此(ci)具(ju)有極好的耐(nai)沖擊性(xing)和耐(nai)磨性(xing)。

6增韌(ren)的(de)Al2O3陶(tao)瓷(ci)刀(dao)具

增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)韌(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)的(de)Al2O3陶(tao)瓷(ci)是(shi)(shi)指在(zai)Al2O3基體中(zhong)添加(jia)(jia)增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)韌(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)或增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)強(qiang)材料。目前常用(yong)的(de)增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)韌(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)方法主要有(you)：ZrO2相(xiang)變(bian)增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)韌(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)、晶(jing)須(xu)增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)韌(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)及第二(er)相(xiang)顆(ke)粒(li)(li)彌散(san)增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)韌(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)等。ZrO2相(xiang)變(bian)時會伴隨體積變(bian)化(hua)，通過相(xiang)變(bian)增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)韌(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)機制提(ti)高(gao)陶(tao)瓷(ci)材料的(de)強(qiang)度和(he)韌(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)性，是(shi)(shi)一種(zhong)有(you)效(xiao)的(de)強(qiang)韌(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)化(hua)方法。晶(jing)須(xu)增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)韌(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)是(shi)(shi)利用(yong)晶(jing)須(xu)的(de)加(jia)(jia)強(qiang)棒作(zuo)用(yong)，常用(yong)的(de)晶(jing)須(xu)有(you)TiC晶(jing)須(xu)和(he)Si3N4晶(jing)須(xu)。第二(er)相(xiang)顆(ke)粒(li)(li)彌散(san)增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)韌(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)是(shi)(shi)利用(yong)彌散(san)第二(er)相(xiang)顆(ke)粒(li)(li)來阻礙位錯的(de)滑移(yi)和(he)攀移(yi)，阻止裂紋擴展，達到增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)韌(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)目的(de)。

7石墨(mo)烯增韌氧化鋁基陶瓷刀具(ju)

有(you)研究者認為(wei)以(yi)上各種材(cai)料的(de)(de)增(zeng)韌補強(qiang)的(de)(de)幅度有(you)限，需要(yao)考慮新的(de)(de)途徑和(he)方(fang)法。在(zai)表(biao)1中列出了國內外典型的(de)(de)氧化鋁(lv)基陶(tao)瓷刀具材(cai)料的(de)(de)成分及性能。從中可以(yi)看出，盡管(guan)添(tian)加了不(bu)同的(de)(de)增(zeng)韌顆粒，但(dan)材(cai)料的(de)(de)斷(duan)裂(lie)韌性仍(reng)然較(jiao)低，亟待(dai)提高(gao)，抗彎(wan)強(qiang)度也遠小于(yu)硬質合金刀具材(cai)料(2000-3500MPa)。

表1典型的(de)氧化鋁基陶(tao)瓷刀具及(ji)其性能

來(lai)源：李作麗.《石墨烯(xi)強韌化氧(yang)化鋁基陶瓷(ci)刀具研(yan)制與切削性能研(yan)究》

相對于傳統的強韌化相(微米級顆粒、晶須)和其它新型強韌化相(納米顆粒、碳納米管)，石墨烯具有單原子層二維結構、很高的結構穩定性、超大的比表面積以及極高的力學、熱學性能，將其加入到陶瓷刀具材料中，可引入裂紋分叉、裂紋偏轉、石墨烯拔出、橋接等多種機制，有利于陶瓷刀具材料的增強補韌。

來源：網絡

由于(yu)(yu)石墨烯(xi)擁有(you)超(chao)大的(de)(de)比表面積，較少的(de)(de)添加(jia)量(liang)即可獲得很好的(de)(de)強韌化(hua)效果。近年(nian)來，由于(yu)(yu)制備方法及工藝的(de)(de)革新，石墨烯(xi)能(neng)夠較大批量(liang)生產(chan)，使得生產(chan)成本(ben)降低(di)，有(you)利于(yu)(yu)石墨烯(xi)的(de)(de)工程化(hua)應(ying)用，從而(er)為石墨烯(xi)強韌化(hua)陶瓷刀具(ju)材料(liao)的(de)(de)開發提供了(le)便利。

氧化鋁陶瓷刀具的

應用范圍

Al2O3陶(tao)瓷刀(dao)具(ju)主要用于加工各種鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)(灰(hui)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)、球墨(mo)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)、可(ke)鍛鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)、冷硬鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)、高合(he)(he)金(jin)耐磨鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)等)和種種鋼(gang)(gang)料(碳素結構鋼(gang)(gang)、合(he)(he)金(jin)結構鋼(gang)(gang)、高強度鋼(gang)(gang)、高錳(meng)鋼(gang)(gang)、淬硬鋼(gang)(gang)等)；也(ye)可(ke)加工銅合(he)(he)金(jin)、石墨(mo)、工程塑料和復(fu)合(he)(he)材(cai)料。

來源：網絡

由于鋁元素的化(hua)學親合作用，Al2O3陶瓷刀(dao)(dao)(dao)具(ju)不(bu)適合加(jia)(jia)工(gong)(gong)鋁合金(jin)和(he)鈦(tai)合金(jin)。Al2O3陶瓷制造(zao)的滾(gun)刀(dao)(dao)(dao)、鉸刀(dao)(dao)(dao)、成形(xing)車(che)刀(dao)(dao)(dao)等(deng)刀(dao)(dao)(dao)具(ju)，不(bu)僅可用于普通車(che)床(chuang)加(jia)(jia)工(gong)(gong)，而且由于其穩定可靠的切削性能，特別適用于數控機床(chuang)、加(jia)(jia)工(gong)(gong)中心和(he)自(zi)動線加(jia)(jia)工(gong)(gong)，尤其對高精度(du)、高硬(ying)度(du)及(ji)大(da)型工(gong)(gong)件的切削具(ju)有良好效果(guo)。