陶瓷刀具的发展历史
随着新技术革命的发展.要求不断提高切削加工生产率和降低生产成本.特别是数控机床的发展.要求开发比硬质合金刀具切速更高、更耐磨的新型刀具。日前各种高强度、高硬度、耐腐蚀、耐磨和耐高温的难以切削的新材料日益增多。据文献估计.这类材料己占国际上加工总数的50%以上.硬质合金刀具对其中不少新材料的加工难以胜任。另一方面.现在国际上硬质合金产量己达20 000一 25 000 t.每年消耗大量的金属.如W ,Co ,Ta和Nb等。这些金属的矿产资源正日益减少.价格上涨.按日前消耗速度.用不了几十年.有些资源将耗尽。陶瓷刀具就是在这样的背景下发展起来的。
早在1912-1913年.英国和德国己出现了氧化铝陶瓷刀具.但其在生产上的应用则始于1950年。由于其强度、韧度低.较长时期内仅限于做连续切削精加工用.且切削速度和进给量都较低。直到1968年才出现第2代陶瓷刀具-复合氧化铝刀具.在强度和韧度上较之氧化铝刀具有了明显提高.可以在较高的速度和较大的进给量下切削各种工件.得到了较广泛的应用。
20世纪70年代末80年代初国际出现了第3代陶瓷刀具-氮化硅陶瓷刀具。这类陶瓷刀具有比复合氧化铝刀具更高的韧性、抗冲击性、高温强度和抗热震性。陶瓷刀片在各工业发达国家的产量增长很快。
我国自20世纪60年代中开始批量生产复合氧化铝刀片.目前年生产量为14-15万片。氧化硅陶瓷刀片虽自20世纪70年代中就开始研究.由于性能欠佳.不能满足需求。近几年来.随着对高温结构陶瓷领域研究的不断深入.使氮化硅陶瓷的性能有了很大提高.从而使氮化硅陶瓷刀具在我国迅速发展起来。
陶瓷材料结构性能传统的陶瓷材料一般取自自然界.如景德镇的土.经过混料、成形和焙烧等工序制成各种日用品。而现代高技术陶瓷.也称特种陶瓷.它的材料是人工合成的.如氮化硅粉.纯度高。利用现代粉末冶金工艺制造.制成的产品具有硬度高和耐高温等性能。
材料可分为金属材料和非金属材料.非金属材料又分为无机材料和有机材料。不论何种材料.其性质.如熔点、硬度和导电性等主要取决于内部微观结构.即取决于内部质点的结合方式和结合力。有机材料靠较弱的分子结合力.所以熔点低、硬度小。金属材料靠金属键结合.它的结合力较分子键强.但较共价键和离子键弱.因此熔点和硬度仍不算高。硬质合金采用金属将WC等硬质相联系起来.其性能介于金属和陶瓷之间。陶瓷材料主要是离子键和共价键结合.其结合力是比较强的正负离子间的静电引力或共用电子对.所以熔点高、硬度高、具有好的绝缘性、化学稳定性和抗氧化性。这就是陶瓷材料能成为切削刀具的原因。
陶瓷刀具的实际应用和发展前景虽然我国陶瓷刀具的研究水平不比国外差，但实际应用发展较慢。据有关资料报导，目前国内陶瓷刀具占总刀具使用量的比例不超过1%。氮化硅陶瓷刀具是近年来才在生产中推广使用的一种新型刀具。因此，不论在刀具的几何参数、切削用量以及使用技术方面，均缺乏成熟的经验。
我国陶瓷刀具在可转位刀具中比重很小.年产量不到硬质合金的0. 1%。从切削性能上看.我国陶瓷刀具正向高硬度合金铸铁粗加工、断续切削方向发展。北京科技大学研制的ST新型复合陶瓷刀具能断续切削HRC63以上的高速钢滚刀。在刀具品种中除各种车刀外还正在开发铣刀和刨刀等。
利用航天陶瓷材料开发的，不但具有超过钢性刀具锋利，而且耐酸碱、不导电，对食品无化学反应，是典型的绿色产品，可在冰冻条件下切削肉类和其他食品，切削水果不变色，切洋葱不刺眼等特性。
陶瓷刀具有氧化铝(Al2O3)基和氮化硅(Si3N4)基两大类，具有工效高、使用寿命长和加工质量好等特点。过去由于抗弯强度低、脆性大，长期以来主要作为精加工刀具，占各类刀具材料中的比重很小。
陶瓷刀具的特点：硬度高 韧性差受冲击能力低。
