氧化铝陶瓷刀具材料的特性和应用

Al₂O₃陶瓷的室温硬度与高温硬度都高于硬质合金材料。Al₂O₃陶瓷室温条件下的抗弯强度虽然较低，但随着使用中温度的上升，其抗弯强度却较少降低。依据该特性用于高速切削却颇为合适。Al₂O₃陶瓷在室温与高温时抗压强度都很好，尤其可以克服一般高速钢刀具及硬质合金切削刃易形成的变形及塌陷缺点。此外，Al₂O₃陶瓷在物理热性质及抗氧化、抗粘接性及化学惰性方面都可以大显身手。不过氧化铝陶瓷刀具在切削铁合金及钢件时，较易产生粘接磨损及缺口磨损。作为使用历史最长的刀具材料，氧化铝陶瓷刀具最适于高速切削硬而脆的金属材料，如冷硬铸铁或淬硬钢；用于大件机械零部件切削及用于高精度零件的切削加工。氧化铝陶瓷刀具在短、小零件，钢件的断续切削及Mg、Al、Ti及Be等单质材料及其合金材料切削加工时效果较差，容易使刀具出现扩散磨损或发生剥落与崩刃等缺陷，是其美中不足。

为提高Al₂O₃陶瓷刀具韧性，材料中引入质量分数为10%以下的Cr、Co、Mo、W、Ti、Fe等金属元素，由此形成Al₂O₃金属陶瓷，这样材料密度、抗弯强度及硬度均有提高。但由于氧化铝-金属陶瓷刀具抗蠕变强度低，抗氧化性差，使用情况不佳。

将一定比例的碳化物，如Mo₂C、WC、TiC、TaC、NbC和Cr₃C₂等加入到Al₂O₃陶瓷中，可以改善Al₂O₃陶瓷刀具的性能。当TiC质量分数为30%时，陶瓷刀具的寿命获得显著提高，而热裂纹深度也较小，目前国际上生产热压Al₂O₃-TiC陶瓷刀具均采用此配方。Al₂O₃-TiC陶瓷的抗弯强度、耐热冲击性等均优于Al₂O₃陶瓷刀具。(www.xing528.com)

在Al₂O₃-TiC陶瓷材料中，采用Mo、Ni（或Co、W）等金属作为粘接相热压而成的陶瓷刀具材料，由金属粘接Al₂O₃晶粒和碳化物晶粒二者相互穿插的骨架组成，具有较高的连接强度，因此形成较好的切削性能。这类陶瓷刀具最适用于加工淬硬钢、合金钢、锰钢、冷硬铸铁、铸钢、镍基或镍铬合金和钴基合金等。另外还可用于非金属材料，如纤维玻璃、塑料夹层及陶瓷材料的切削加工。由于氧化铝-碳化物金属陶瓷抗热震性能良好，故可适用于铣削、刨削、反复短暂切削或其它间断切削等，亦可采用切削液进行湿式切削等。

在氧化铝陶瓷中添加氮化物则构成氧化铝-氮化物金属陶瓷。此种陶瓷刀具材料基本性能与加工范围与Al₂O₃-碳化物金属陶瓷材料相当，不过由于以氮化物取代碳化物，因此它具有更好的抗热震性能，更适用于间断切削。但是其抗弯强度与硬度都比添加TiC的金属陶瓷低一些。