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和氮化硅基兩大類。大約在1911年～1913年，德國和英國最早采用Al2O3基陶瓷作為切削刀具，幾經(jīng)改進和提高，現(xiàn)已開發(fā)出多種性能優(yōu)良的Al2O3基陶瓷刀具。目前世界上生產(chǎn)的陶瓷刀具大多屬于氧化鋁基陶瓷刀具。

Al2O3陶瓷以其高強度、高硬度、高耐磨、抗氧化及抗熱震等優(yōu)異性能，在機械、電子、化工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。純Al2O3陶瓷的高溫性能好，但韌性不足，抗沖擊能力差，切削時易發(fā)生輕微崩刃，通過在Al2O3基體中添加增韌材料，可明顯改善這一現(xiàn)象。

氧化鋁陶瓷刀具的

發(fā)展概覽

1純Al2O3陶瓷刀具

這是第一代陶瓷刀具，材料中的Al2O3的含量占99%以上，通過添加微量助燒劑(如MgO、NiO、Cr2O3、TiO2等)，經(jīng)壓燒結(jié)而成。純Al2O3陶瓷抗彎強度較低，抗沖擊能力差，切削刃容易微崩，但高溫性能很好，適用于小進給量半精加工鑄鐵和鋼材。由于其抗彎強度低，目前使用已較少。

2Al2O3-碳化物陶瓷刀具

在Al2O3中添加一定的碳化物可以提高陶瓷的強度和抗沖擊性；其中以添加TiC的Al2O3陶瓷應(yīng)用最多，其添加TiC的比例為30%-60%(有的為5%-10%)，通過熱壓燒結(jié)而成。適于高速粗、精加工耐磨鑄鐵、淬硬鋼及高強度鋼等難加工材料。與純Al2O3陶瓷相比，Al2O3-TiC陶瓷的抗彎強度無論在常溫還是高溫下，都高于純Al2O3陶瓷。

3Al2O3-碳化物-金屬陶瓷刀具

這類陶瓷是在Al2O3中除添加碳化物外，還添加少量粘結(jié)金屬(Ni、Mo、Co、W等)，熱壓燒結(jié)而成(亦稱金屬陶瓷)。由于加了金屬，提高了Al2O3與碳化物的連結(jié)強度，改善了使用性能，適于加工淬火鋼、合金鋼、錳鋼、冷硬鑄鐵、鎳基和鈷基合金以及非金屬材料。

4添加氮化物的Al2O3陶瓷刀具

在Al2O3中添加氮化物的Al2O3-氮化物組合陶瓷刀具，具有較好的抗熱震性，其基本性能和加工范圍與Al2O3-碳化物-金屬陶瓷刀具相當，更適于間斷切削，但其抗彎強度和硬度比Al2O3-TiC-金屬陶瓷刀具低，有待進一步研究改善。

5添加硼化物的Al2O3陶瓷刀具

在Al2O3中添加TiB2作為粘結(jié)劑制成的陶瓷刀具，由于其組織成分為細晶粒的Al2O3及連續(xù)的TiB2粘結(jié)相，保持了硼化物的“三維連續(xù)性”，因此具有極好的耐沖擊性和耐磨性。

6增韌的Al2O3陶瓷刀具

增韌的Al2O3陶瓷是指在Al2O3基體中添加增韌或增強材料。目前常用的增韌方法主要有：ZrO2相變增韌、晶須增韌及第二相顆粒彌散增韌等。ZrO2相變時會伴隨體積變化，通過相變增韌機制提高陶瓷材料的強度和韌性，是一種有效的強韌化方法。晶須增韌是利用晶須的加強棒作用，常用的晶須有TiC晶須和Si3N4晶須。第二相顆粒彌散增韌是利用彌散第二相顆粒來阻礙位錯的滑移和攀移，阻止裂紋擴展，達到增韌目的。

7石墨烯增韌氧化鋁基陶瓷刀具

有研究者認為以上各種材料的增韌補強的幅度有限，需要考慮新的途徑和方法。在表1中列出了國內(nèi)外典型的氧化鋁基陶瓷刀具材料的成分及性能。從中可以看出，盡管添加了不同的增韌顆粒，但材料的斷裂韌性仍然較低，亟待提高，抗彎強度也遠小于硬質(zhì)合金刀具材料(2000-3500MPa)。

表1典型的氧化鋁基陶瓷刀具及其性能

來源：李作麗.《石墨烯強韌化氧化鋁基陶瓷刀具研制與切削性能研究》

相對于傳統(tǒng)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(jié)構(gòu)、很高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、超大的比表面積以及極高的力學(xué)、熱學(xué)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(zhuǎn)、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(wǎng)絡(luò)

由于石墨烯擁有超大的比表面積，較少的添加量即可獲得很好的強韌化效果。近年來，由于制備方法及工藝的革新，石墨烯能夠較大批量生產(chǎn)，使得生產(chǎn)成本降低，有利于石墨烯的工程化應(yīng)用，從而為石墨烯強韌化陶瓷刀具材料的開發(fā)提供了便利。

氧化鋁陶瓷刀具的

應(yīng)用范圍

Al2O3陶瓷刀具主要用于加工各種鑄鐵(灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、冷硬鑄鐵、高合金耐磨鑄鐵等)和種種鋼料(碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、高強度鋼、高錳鋼、淬硬鋼等)；也可加工銅合金、石墨、工程塑料和復(fù)合材料。

來源：網(wǎng)絡(luò)

由于鋁元素的化學(xué)親合作用，Al2O3陶瓷刀具不適合加工鋁合金和鈦合金。Al2O3陶瓷制造的滾刀、鉸刀、成形車刀等刀具，不僅可用于普通車床加工，而且由于其穩(wěn)定可靠的切削性能，特別適用于數(shù)控機床、加工中心和自動線加工，尤其對高精度、高硬度及大型工件的切削具有良好效果。