1、用陶瓷材料做刀具

　　在金屬材料機(jī)械加工中, 切削加工是最基本、最可靠的精密加工手段, 刀具材料的性能對切削加工效率、精度、表面質(zhì)量、刀具壽命有著決定性的影響。在現(xiàn)代切削加工中, 陶瓷刀具材料以其優(yōu)異的耐熱性、耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性, 在高速切削領(lǐng)域和切削難加工材料方面扮演著越來越重要的角色。陶瓷刀具材料主要包括氧化鋁、氮化硅及賽隆系列。其他陶瓷材料, 例如氧化鋯、硼化鈦陶瓷等作為刀具材料也有使用。

　　2、氧化鋁系列

　　純的氧化鋁陶瓷含 Al 2 O 3 99% 以上, 強(qiáng)度低, 抗熱震性及斷裂韌性較差, 切削時易崩刃, 故沒有廣泛使用。碳化物、氮化物和硼化物材料具有很高的強(qiáng)度和硬度, 可以作為 Al 2 O 3 陶瓷中的增強(qiáng)相。這類物質(zhì)包括TiC、TiN、TiB 2 、Ti( CN) 、WC、ZrC 等。采用重復(fù)熱壓工藝制備Al 2 O 3 - Ti( CN) 刀具材料, 抗彎強(qiáng)度可達(dá) 820MPa, 斷裂韌性7. 4MPa#m1P2 , 維氏硬度 20. 4GPa。切削試驗表明: 此種材料適合連續(xù)切削鑄鐵和硬化鋼, 尤其適合間歇切削硬化鋼。晶須是一種廣泛使用的增強(qiáng)增韌陶瓷材料, 增強(qiáng)Al 2 O 3 使用的主要是 SiC、Si 3 N 4 晶須。SiC 晶須在Al 2 O 3基體中起加強(qiáng)棒的作用, 并使應(yīng)力在基體內(nèi)分散。這種陶瓷刀具斷裂韌性、強(qiáng)度和硬度都比較高, 非常適合加工鎳基耐熱合金及較低的切削速度加工各種鑄鐵和非金屬脆性材料。Si 3 N 4 晶須加入到 Al 2 O 3 基體中可以提高陶瓷的抗熱沖擊性, 適合切削鎳鉻鐵耐熱合金材料氧化鋯相變增韌是一種廣泛使用的增韌工藝。在Al 2 O 3 材料中加入15% 部分穩(wěn)定的氧化鋯, 1 550 e 真空燒結(jié) 2 h, 制備出 ZrO 2 - Al 2 O 3 復(fù)合材料, 斷裂韌性8. 2MPa#m1P2 , 抗彎強(qiáng)度可達(dá) 884MPa。這類陶瓷刀具具有較好的韌性和抗熱沖擊性, 但耐磨性較差, 主要用于鑄鐵和合金的粗加工。

　　3、 氮化硅系列

　　氮化硅材料是在氧化鋁材料以后出現(xiàn)的一種刀具材料。它比氧化鋁材料的強(qiáng)度和斷裂韌性高, 其抗彎強(qiáng)度一般可達(dá) 900~ 1 000MPa, 斷裂韌性 5~ 7MPa#m1P2 , 硬度 91~ 93HRA, 耐熱性可達(dá)1 300~ 1 400 e , 不易產(chǎn)生裂紋, 可以獲得穩(wěn)定的使用壽命。采用熱壓自增韌的方法可以進(jìn)一步提高氮化硅陶瓷的強(qiáng)度和韌性, 即控制燒結(jié)過程, 使一部分氮化硅晶粒發(fā)育成具有較大長徑比的棒狀晶粒( 晶粒的長徑比可達(dá) 3~ 8) , 從而獲得類似于晶須增韌的效果, 斷裂韌性可達(dá) 10. 02MPa#m1P2 。這種自增韌陶瓷刀具是一種適合切削冷硬鑄鐵和淬硬鋼的刀具材料, 特別適合于斷續(xù)切削。在氮化硅基體中添加適量金屬碳化物等復(fù)合強(qiáng)化劑, 利用復(fù)合強(qiáng)化效應(yīng)制成的氮化硅復(fù)合陶瓷, 其性能比熱壓氮化硅陶瓷優(yōu)越得多。在 Si 3 N 4 中添加 Al 2 O 3 、Y 2 O 3 、TiC、TiN 和MgO 等成分, 可以采用冷壓燒結(jié)而降低成本。B- 賽隆就是在 Si 3 N 4 中加入 Al 2 O 3 燒結(jié)而成, 兼有 Al 2 O 3 和 Si 3 N 4 的特性, 其熱硬性比硬質(zhì)合金和Al 2 O 3 都高, 刀尖溫度高于 1 000 e 時仍可高速切削。其最大特點是可提高切削速度, 加大進(jìn)給量, 提高

　　金屬切削率, 延長刀具壽命。納米材料是近年來研究的熱點, 廣泛應(yīng)用到材料科學(xué)的各個方面。以Si- C- N 納米微粉為增強(qiáng)相, 以Si3 N4 為基體, Y2 O3 、La2 O3 為燒結(jié)助劑, 采用熱壓法制備了SiCp - Si3N4  納米復(fù)相陶瓷。其室溫、高溫力學(xué)性能比氮化硅單相陶瓷有較大提高, 斷裂韌性分別為11.78Mpam1/2 和14.69Mpam1/2 (1350℃)抗彎強(qiáng)度分別為934 MPa 和 696 MPa( 溫度 1 350℃)

　　4、用陶瓷材料做軸承

　　傳統(tǒng)的軸承多采用金屬制成, 以油作為潤滑介質(zhì)。但在使用中有許多缺點, 如不適用于高溫、高速、有化學(xué)腐蝕的場合, 油潤滑易泄漏污染環(huán)境等。采用陶瓷材料制造軸承可以彌補(bǔ)金屬軸承的不足。