陶瓷材料在刀具上的應(yīng)用
日常生活中,我們切菜有菜刀,削鉛筆有鉛筆刀,切紙也有專門的刀具,切玻璃有玻璃刀,其前端鑲嵌有人造金剛石。工業(yè)中,一般使用硬質(zhì)合金刀具切削。但是,隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展,各種新型的難加工材料在產(chǎn)品中大量應(yīng)用,傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金刀具已難以滿足生產(chǎn)需要,而陶瓷刀具由于其優(yōu)良的切削性能和高的性能價(jià)格比而受到了人們的青睞。利用陶瓷刀具加工鋼、鑄鐵、淬硬鋼、高錳鋼和鎳基等高溫合金時(shí),刀具壽命可比硬質(zhì)合金刀具長(zhǎng)幾倍、甚至幾十倍。在生產(chǎn)中它不但能用于一般的車、鏜和銑削加工,而且已成功地用于孔加工刀具上;除可在普通機(jī)床上使用外,也能有效地用于數(shù)控機(jī)床等高效設(shè)備,在國(guó)際上公認(rèn)為是當(dāng)代提高生產(chǎn)效率最有潛質(zhì)的一種刀具。
20世紀(jì)以來,隨著宇宙開發(fā)、原子能工業(yè)的興起和電子工業(yè)的迅速發(fā)展,陶瓷刀具材料的發(fā)展也從傳統(tǒng)陶瓷走向多元復(fù)相陶瓷階段。并先后經(jīng)歷了不同的發(fā)展階段:50年代以氧化鋁陶瓷為主;60 年代,開始從事非氧化物陶瓷的研究;70年代后期至80年代初期,發(fā)展了氮化硅陶瓷及相變?cè)鲰g陶瓷;80年代后期到90年代,各種增韌機(jī)理的陶瓷得到了長(zhǎng)足的發(fā)展,陶瓷材料進(jìn)入復(fù)相發(fā)展階段。20世紀(jì)80年代后,由于顆粒彌散補(bǔ)強(qiáng)、晶須增韌、相變?cè)鲰g等陶瓷材料增韌補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理的不斷發(fā)展,利用這些機(jī)理開發(fā)出的二元陶瓷材料也取得了很大的進(jìn)展,如利用SiCP、TiCP、TiB2(下標(biāo)P表示顆粒,下文同) 等作為彌散相強(qiáng)化Al2O3、ZrO2等氧化物陶瓷和SiC、Si3N4等非氧化物陶瓷;用SiCW(下標(biāo)W表示晶須,下文同)增韌Al2O3、ZrO2、Si3N4、莫來石以及玻璃等的復(fù)相陶瓷;用ZrO2增韌Al2O3、莫來石等復(fù)相陶瓷都得到了飛速發(fā)展,出現(xiàn)了許多高性能的復(fù)合陶瓷材料并在某些工業(yè)領(lǐng)域得到了推廣應(yīng)用,逐步形成具有一定規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。近年來,人們?cè)诙M份復(fù)相陶瓷的基礎(chǔ)上,開始利用多種增韌機(jī)制協(xié)同作用的設(shè)想,在理論、實(shí)驗(yàn)及技術(shù)研究三個(gè)不同層次上開展多元復(fù)相陶瓷的探索工作,并取得了可喜的成果,將陶瓷的強(qiáng)度和韌性又提高到一個(gè)新的水平,多元系復(fù)相陶瓷的發(fā)展成為目前材料科學(xué)和固體力學(xué)交叉領(lǐng)域內(nèi)最引人注目的前沿課題之一,正受到世界各國(guó)的廣泛重視。
與金剛石和CBN(立方氮化硼) 等超硬刀具相比,由于陶瓷的價(jià)格相對(duì)較低,因此有人認(rèn)為:“隨著現(xiàn)代陶瓷刀具材料性能的不斷改進(jìn),今后它將同涂層硬質(zhì)合金刀具、金剛石和CBN 等超硬刀具一起成為高速加工三種主要刀具之一”。新型陶瓷刀具的出現(xiàn),是人類首次通過運(yùn)用陶瓷材料改革機(jī)械切削加工的一場(chǎng)技術(shù)革命的成果。陶瓷材料因其高硬度與耐高溫特性成為新一代的刀具材料,但也由于脆性受到局限。于是克服陶瓷刀具材料的脆性,提高其韌性,成為近百年來陶瓷刀具研究的主要課題??梢灶A(yù)料,隨著各種新型陶瓷刀具材料的使用,必將促進(jìn)高效機(jī)床及高速切削技術(shù)的發(fā)展,而高效機(jī)床及高速切削技術(shù)的推廣與應(yīng)用,又將進(jìn)一步推動(dòng)新型陶瓷刀具材料的使用。
隨著陶瓷材料研究與開發(fā)工作的不斷深入,陶瓷刀具在金屬切削加工業(yè)中的應(yīng)用比例必然不斷擴(kuò)展;隨著航空、航天工業(yè)發(fā)展的需要,陶瓷刀具材料將會(huì)作出更大的貢獻(xiàn)。
20世紀(jì)以來,隨著宇宙開發(fā)、原子能工業(yè)的興起和電子工業(yè)的迅速發(fā)展,陶瓷刀具材料的發(fā)展也從傳統(tǒng)陶瓷走向多元復(fù)相陶瓷階段。并先后經(jīng)歷了不同的發(fā)展階段:50年代以氧化鋁陶瓷為主;60 年代,開始從事非氧化物陶瓷的研究;70年代后期至80年代初期,發(fā)展了氮化硅陶瓷及相變?cè)鲰g陶瓷;80年代后期到90年代,各種增韌機(jī)理的陶瓷得到了長(zhǎng)足的發(fā)展,陶瓷材料進(jìn)入復(fù)相發(fā)展階段。20世紀(jì)80年代后,由于顆粒彌散補(bǔ)強(qiáng)、晶須增韌、相變?cè)鲰g等陶瓷材料增韌補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理的不斷發(fā)展,利用這些機(jī)理開發(fā)出的二元陶瓷材料也取得了很大的進(jìn)展,如利用SiCP、TiCP、TiB2(下標(biāo)P表示顆粒,下文同) 等作為彌散相強(qiáng)化Al2O3、ZrO2等氧化物陶瓷和SiC、Si3N4等非氧化物陶瓷;用SiCW(下標(biāo)W表示晶須,下文同)增韌Al2O3、ZrO2、Si3N4、莫來石以及玻璃等的復(fù)相陶瓷;用ZrO2增韌Al2O3、莫來石等復(fù)相陶瓷都得到了飛速發(fā)展,出現(xiàn)了許多高性能的復(fù)合陶瓷材料并在某些工業(yè)領(lǐng)域得到了推廣應(yīng)用,逐步形成具有一定規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。近年來,人們?cè)诙M份復(fù)相陶瓷的基礎(chǔ)上,開始利用多種增韌機(jī)制協(xié)同作用的設(shè)想,在理論、實(shí)驗(yàn)及技術(shù)研究三個(gè)不同層次上開展多元復(fù)相陶瓷的探索工作,并取得了可喜的成果,將陶瓷的強(qiáng)度和韌性又提高到一個(gè)新的水平,多元系復(fù)相陶瓷的發(fā)展成為目前材料科學(xué)和固體力學(xué)交叉領(lǐng)域內(nèi)最引人注目的前沿課題之一,正受到世界各國(guó)的廣泛重視。
與金剛石和CBN(立方氮化硼) 等超硬刀具相比,由于陶瓷的價(jià)格相對(duì)較低,因此有人認(rèn)為:“隨著現(xiàn)代陶瓷刀具材料性能的不斷改進(jìn),今后它將同涂層硬質(zhì)合金刀具、金剛石和CBN 等超硬刀具一起成為高速加工三種主要刀具之一”。新型陶瓷刀具的出現(xiàn),是人類首次通過運(yùn)用陶瓷材料改革機(jī)械切削加工的一場(chǎng)技術(shù)革命的成果。陶瓷材料因其高硬度與耐高溫特性成為新一代的刀具材料,但也由于脆性受到局限。于是克服陶瓷刀具材料的脆性,提高其韌性,成為近百年來陶瓷刀具研究的主要課題??梢灶A(yù)料,隨著各種新型陶瓷刀具材料的使用,必將促進(jìn)高效機(jī)床及高速切削技術(shù)的發(fā)展,而高效機(jī)床及高速切削技術(shù)的推廣與應(yīng)用,又將進(jìn)一步推動(dòng)新型陶瓷刀具材料的使用。
隨著陶瓷材料研究與開發(fā)工作的不斷深入,陶瓷刀具在金屬切削加工業(yè)中的應(yīng)用比例必然不斷擴(kuò)展;隨著航空、航天工業(yè)發(fā)展的需要,陶瓷刀具材料將會(huì)作出更大的貢獻(xiàn)。
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