氧化铝基陶瓷刀具切削可靠性研究
——基于磨损的刀具可靠性
山东工业大学(济南250061) 许崇海 艾 兴 黄传真【摘要】 以氧化铝基陶瓷刀具磨损寿命的随机特性分析为基础,提出并验证了基于磨损的陶瓷刀具可靠性的理论模型。结果表明:其磨损寿命很好地服从对数正态分布;可以用刀具磨损寿命变异系数来评价基于磨损的氧化铝基陶瓷刀具的切削可靠性。
关键词 氧化铝 陶瓷刀具 磨损 刀具可靠性
Study on t he Cutting Reliability of Alumina-based Ceramic T ool ——Reliability Based on t ool wear
Xu Chonghai et al
【ABSTRACT】On the basis o f the stochastic character istic analyses of tool life by w ear of alumina-based cer am ic tools,a theor etical reliability model based on cer am ic tool w ear is proposed and pr oved.It is found that too l life by w ear obey s lo gnormal dis-tr ibutio n quite w ell and that the variation coefficient o f to ol life by w ear can be used for the assessment of alumina-based ceramic tool reliability which is based on too l w ear.
Key w ords:alum ina ceramic to ol w ear to ol r eliability
一、引 言
金属切削刀具的可靠性是实际生产中一个极为重要的问题。所谓“刀具可靠性”,是指刀具在规定的切削条件下,在规定的切削时间内完成规定的切削工作的能力[1]。在一个高度自动化的机械制造系统中,刀具所占费用往往很少,大多数不超过2%,但其工作可靠性的高低却会极大地影响系统功能的正常发挥。因此,必须对刀具可靠性进行深入的研究。
陶瓷刀具材料是现代制造技术中最有希望的刀具材料之一。但是,目前对于陶瓷刀具可靠性的研究大多侧重于刀具材料力学性能和刀具破损寿命随机性的分析与评价[2]。事实上,刀具寿命分为磨损寿命和破损寿命两类。连续切削时,陶瓷刀具的损坏以磨损为主,此时应主要考虑刀具磨损寿命。有关硬质合金刀具基于磨损的切削可靠性研究较多[1],而陶瓷刀具领域相应的研究则尚未见报道。为此,本文以山东工业大学近年研制的新型陶瓷刀具材料为基础,对氧化铝基陶瓷刀具基于磨损的切削可靠性作了较为全面的分析,并提出了相应的评价方法。
二、刀具可靠性的理论模型
在正常连续切削条件下,陶瓷刀具的损坏以磨损为主。由于受到刀具材料、工件材料以及切削过程中其它因素的影响,即使规定了相同的磨钝标准,刀具的磨损寿命也不同,而是具有一定的随机性。综合考虑刀具的磨损过程,并基于马尔可夫随机过程理论可知:任意时刻的刀具磨损量W均服从对数正态分布[1]。因此,任意时刻刀具磨损量的概率密度函数可以写为f(W)=
1
2PR w W
ex p
[ln(W)-L w]2
2R w2
(1)
式中,L w和R w分别为刀具磨损量的对数均值和对数均方差,下标W表明是刀具磨损量的分布参数。
收稿日期:1997年7月
由式(1)求得任意磨损量下刀具寿命T的分布函数,并记为
L=L w-ln(a)
b
(2)
R=R w
b
(3)式中a和b均为常数,则刀具寿命T的概率分布函数可表示为
F w(T)=∫T01
2PR t ex p
[ln(t)-L]2
2R2
(4)
式(4)表明陶瓷刀具磨损寿命服从对数正态分布规律。
三、刀具磨损寿命的随机性
1.试验条件
机床:C620-1无级调速车床
工件:45#钢(HRC30～35)
刀具:LD-1陶瓷刀具
C0=-5°,A0=5°,K s=-5°,J r=45°
干切,负倒棱0.2×(-20°),r E=0.4mm
切削用量:v1=2m/s,v2= 2.5m/s,v3= 3m/s,f=0.15mm/r,a p=1mm
2.试验结果与分析
在切削用量一定的条件下,选择不同的磨钝标准,可以得到不同的刀具磨损寿命分布曲线。图1为LD-1陶瓷刀具在v1=2m/s、磨钝标准VB分别为0.1m m、0.2m m和0.3m m时的磨损寿命分布曲线(以切削路程表示刀具的磨损寿命)。可见,在本试验条件下,该陶瓷刀具的磨损寿命很好地服从对数正态分布,K-S分布拟合检验的结果也证明了这一点。利用线性回归分析的方法,可得其分布函数分别为
F1w(T)=∫T01
0.1612P t ex p
[ln(t)-6.423]2
0.052d t
(5)
F2w(T)=∫T01
0.1222P t ex p
[ln(t)-6.95]2
0.03
d t(6)
F a(T)=∫T01
0.138
2P T
ex p[
(ln(T)-7.275)2
0.038
]d T
(7)
根据文献[1],刀具变异系数定义为
C S=D(T)/E(T)(8)
式中 E(T)——样本刀具寿命的均值
D(T)——样本刀具寿命的方差
计算得其磨损寿命变异系数C S分别为
0.155,0.119和0.136。不难看出,当VB=
0.2m m和V B=0.3m m时拟合效果较好,而
当VB=0.1mm时拟合效果较差。这是因为刀
具磨损寿命服从对数正态分布的结论是假定在
正常磨损阶段,刀具磨损量与切削时间呈线性
关系的情况下得到的。图2分别为V2= 2.5m/
s,V3=3ms/s时LD-1刀具的磨损寿命分布。
与图1对比可见,在不同切削速度下,刀具磨损
寿命仍很好地服从对数正态分布。由此可以证
实:不仅对于硬质合金刀具[1],而且对于陶瓷刀
具,其磨损寿命也服从对数正态分布,而与刀具
的使用条件基本无关。这表明:陶瓷刀具寿命分
布形式取决于其损坏机理。但由两图还可以看
出,对数正态分布的分布参数与刀具使用条件
密切相关,使用条件不同,刀具寿命在对数正态
概率纸上拟合直线的斜率及截距各不相同,即
分布参数不同。
图1 LD-1刀具磨损寿命的对数正态分布
图2 不同速度下刀具磨损寿命的对数正态分布
四、刀具可靠性分析与评价
根据文献[3],既然氧化铝基陶瓷刀具材料的各项主要力学性能指标均服从三参数对数正态分布,说明该类刀具材料力学性能的随机性具有共性。同样,可以进一步推论该类刀具材料磨损寿命的随机分布亦具有共性。于是,根据以LD-1刀具为例进行的研究,可以推论:氧化铝基陶瓷刀具的磨损寿命均服从不同参数的对数正态分布。因此,基于磨损的陶瓷刀具切削可靠性的分析就可以此为基础进行。
当刀具的损坏形式以磨损为主时,刀具可靠度实际上就是基于磨损的刀具可靠度,即
R(T)=R w(T)(9)式中,下标W表示刀具的磨损。
由式(4)可得
R w(T)=1-∫T01
2PR t ex p
[ln(t)-L]2
2R2
d t(10)
当分布参数已知时,就可以根据此式预测Al2O3基陶瓷刀具基于磨损的切削可靠性的大小。此外,还可以针对某一具体的切削过程,实现对其切削可靠性的评价。 对于LD-1陶瓷刀具,在图1的试验条件下基于磨损的刀具可靠度分别为
R1w(T)=1-∫T01
0.1612P t
exp
[ln(t)-6.423]2
0.052
d t(11)
R2w(T)=1-∫T01
0.1222P t
ex p
[ln(t)-6.95]2
0.03
d t(12)
R3w(T)=1-∫T01
0.1382P t
exp
[ln(t)-7.275]2
0.038
d t(13)
由此可见,对于给定的陶瓷刀具,在某一具体的切削条件下,由计算可得到对应于某一规定可靠度R的刀具可靠寿命T R,或者给出工作时间T0后的可靠度,以作为实际生产特别是自动线上决定刀具换刀策略的依据,因而具有重要的实际应用价值。
此外,由LD-1刀具磨损寿命试验结果的分析还可以发现,在图1的试验条件下,虽然刀具磨钝标准VB不同,但是刀具磨损寿命变异系数C S的值(在三种条件下分别为0.155, 0.119和0.136)相差不大,只是在C S=0.137附近有微小的波动(波动范围为±13%),而在不同切削速度下的C S值也只有0.127和0.142。由此可见,对于一种给定的陶瓷刀具材料,其磨损寿命变异系数几乎为一定值,受切削条件的影响不明显。因此,可以采用刀具磨损寿命变异系数C S来评价基于磨损的氧化铝基陶瓷刀具的切削可靠性。
实际上,对于对数正态分布,其对数方差和寿命变异系数满足下面的关系[1]
R2=ln(1+C S2)(14)若寿命变异系数值较小,如C S<0.30,则
R≈C S(15)由于R反映了刀具的磨损失效机理,故当刀具的失效机理相同时,刀具寿命的对数方差保持不变,寿命变异系数也几乎不变。虽然二者均能反映刀具实际工作的稳定性,但刀具磨损寿命变异系数作为刀具可靠性的评价指标,较之刀具磨损寿命方差有一定的优越性。方差指
标在固定条件下对评定刀具磨损寿命的离散性是合适的,但是,若刀具结构、工件材料和工作条件不同时,其试验数据相互之间是不允许比较的。而刀具磨损寿命变异系数这一无量纲指标,可使不同条件下的试验结果对比成为可能。
五、结束语
应该指出,刀具磨损寿命变异系数受多种因素的影响,因此,要达到实际应用阶段,还需要通过广泛的后续切削试验对其进行分析和验证,本文的工作只是一个初步探讨。另外,如何把基于磨损的陶瓷刀具切削可靠性与刀具材料的力学性能以及微观结构相联系,也是今后研究的重要内容。
参考文献
1 李兆前.金属切削刀具可靠性的研究.山东工业大学博士学位论文,1992
2 V ig neau J Bo rdel P.Reliabilit y of ceram ic cutting t ools.A nnals o f the CI RP,1988.37(1)
3 许崇海等.氧化铝基陶瓷刀具切削可靠性研究——力学性能的随机特性分析.机械设计与制造,1996
(6)
编辑:石 明
直线刃麻花钻切削几何参数数学模型的研究
大连理工大学(116024) 康德纯
【摘要】 通过对标准麻花钻的几何造型研究,根据切削性能预报力学模型的要求,建立了有关的切削几何参数数学模型。为便于研究其变化规律,所给出的数学模型直接表达为半径的函数关系式。并成功地导出钻头的后角模型。
关键词 钻头 几何参数
A M athematical Study of the G eometrical Features
o f the Straight Lipped T w ist Drill
Kang Dechun
【ABSTRACT】Based o n the geometrical studies of the standard tw ist drills and in the request of the cutting perfo rmance pr ediction models,the mathem atical models o f the associated g eo metrical features cor respo nding to drilling o peratio n are established. The dev elo ped models ar e directly ex pressed in term s o f the drill radius aimed at study-ing the variations of the angular features along the lips.The mathem atical model of the lip clearance angle is also presented.
Key w ords:drill geometrical param eter
一、前 言
钻头的几何造型看似简单,其实却存在着许多悬而未决的问题,如刀刃、刀槽及横刃几何形状等等。从整体上看,对钻头的几何说明无论在国内、国外和ISO标准中[1～5],还是在有关的刀具设计手册中[6,9]都是模糊不清的[10,11]。
收稿日期:1997年8月
钻头主刀刃的几何参数在钻削过程中对切削力、排屑和刀刃强度等均起着相当重要的作用。由切削原理可知,刀具的法前角直接影响刀具的切削力,而刃倾角则影响切屑的流出方向[10]。为控制钻头的几何形状和预测钻削性能(如切削力、扭矩及功率),有必要对钻头的切削几何参数(如前角、后角以及主偏角和刃倾角)进行全面、定量的研究。需要提及的是,横刃的
论文题目：氧化铝陶瓷的制备与应用 学院：材料科学与工程学院 专业班级：材料化学2班 学号：20090488 姓名：王杰 日期：2011-10-19
氧化铝陶瓷的制备与应用 摘要：氧化铝陶瓷是用途最广泛的陶瓷材料中的一种，它可用作机器及设备制造中的耐腐蚀材料、化工专业中的抗腐蚀材料、电工及电子技术中的绝缘材料、热工技术中的耐高温材料以及航空、国防等领域中的某些特种材料。 Abstract: the alumina ceramics is the most widely use of one of the ceramic material, it can be used as the machine and equipment manufacture of corrosion resistant material, chemical corrosion materials in the professional, electrical and electronic technology of thermal insulation materials, high temperature resistant materials and technologies in the aerospace, defense, etc to some of the special material. 关键词：氧化铝陶瓷耐磨性机械强度耐化学腐蚀 Keywords: alumina ceramics Wear resistance Mechanical strength Chemical corrosion-resistant 氧化铝陶瓷是一种用途广泛的陶瓷。因为其优越的性能，在现代社会的应用已经越来越广泛，满足于日用和特殊性能的需要。[1] 1.硬度大经中科院上海硅酸盐研究所测定，其洛氏硬度为HRA80-90，硬度仅次于金刚石，远远超过耐磨钢和不锈钢的耐磨性能。 2.耐磨性能极好经中南大学粉末冶金研究所测定，其耐磨性相当于锰钢的266倍，高铬铸铁的171.5倍。根据我们十几年来的客户跟踪调查，在同等工况下，可至少延长设备使用寿命十倍以上。
刀具磨损与切削用量关联度试验研究-机械制造论文 刀具磨损与切削用量关联度试验研究 潘建新1，潘祎2 （1.湖南科技职业学院实习实训指导中心，湖南长沙，410004） （2.徐州医学院医学影像学院，江苏徐州，221004） 摘要：文章通过对POLMAX材质试件在不同切削条件下的加工试验，重点分析了涂层刀具的磨损形式，总结出了切削用量影响刀具磨损的规律。研究结果表明：YG类涂层硬质合金刀具加工淬硬POLMAX不锈钢时，低速阶段主要表现为粘结磨损，高速阶段主要表现为氧化磨损与扩散磨损；切削用量中切削速度对刀具磨损影响最大，当切削速度较低时（小于50m/min）刀具磨损量几乎保持在同样的水平，而当切削速度达到120m/min以上时，刀具磨损量急剧上升。 关键词：刀具磨损；切削用量；关联度 中图分类号: TG506.1 1 前言 随着人们对塑料产品外观质量要求的不断提高，高光洁度模具材料应用越来越普遍。POLMAX是瑞典ASSAB的光学级（表明粗糙度值在0.3-0.7μm之间）镜面塑胶模具钢，具有优良的抛光性、耐腐蚀性、耐磨性和可加工性，广泛应用于对产品表面质量有严格要求的光学、医疗和CD/DVD等领域，是制造高光洁度模具的必备材料。然而，对该材料切削工艺知识的缺乏，又往往造成切削效率降低、刀具寿命缩短、加工质量变差等问题，特别是刀具磨损问题，成为影响POLMAX切削效率的主要原因之一。本文通过对POLMAX材质试件在不同
切削条件下的加工试验，重点分析了涂层刀具的磨损形式，总结出了切削用量影响刀具磨损的规律，研究结论对生产实际有一定的指导作用。 2 刀具磨损形式及过程 刀具磨损形式一般为前刀面月牙洼磨损、后刀面均匀磨损以及副后刀面由摩擦引起的沟槽磨损[1]。随着切削时间的增加，切削温度升高，刀具材料和工件材料还会发生粘结，两者产生相对运动粘结点产生剪切破坏，将刀具材料粘结颗粒带走造成刀具的粘结磨损。无论何种磨损形式，刀具的磨损过程和一般机械零件的磨损规律相同，如图1所示，分为三个阶段：初期磨损阶段（AB段）、正常磨损阶段（BC段）和急剧磨损阶段（CD段）[2]。 3 切削用量对刀具磨损的影响试验 3.1 试验方案 本试验主要研究切削速度对刀具磨损的影响规律，试验用刀具采用涂层刀片，油雾冷却方式，切削速度的水平设定为：35、50、80、120、160m/min。测量内容主要是观察刀具磨损形貌并测量后刀面磨损量。后刀面磨损量的测量方案是：试件加工一定长度后观察刀片磨损情况，当后刀面为均匀磨损时，取磨钝标准为平均磨损量达到0.3mm；当后刀面为剧烈磨损时，取磨钝标准为最大磨
氧化铝陶瓷介绍 来自:中国特种陶瓷网发布时间:2005-8-3 11:51:15 氧化铝陶瓷制作工艺简介 氧化铝陶瓷目前分为高纯型与普通型两种。高纯型氧化铝陶瓷系Ａｌ２Ｏ３含量在９９．９％以上的陶瓷材料，由于其烧结温度高达１６５０—１９９０℃，透射波长为１～６μｍ，一般制成熔融玻璃以取代铂坩埚：利用其透光性及可耐碱金属腐蚀性用作钠灯管；在电子工业中可用作集成电路基板与高频绝缘材料。普通型氧化铝陶瓷系按Ａｌ２Ｏ３含量不同分为９９瓷、９５瓷、９０瓷、８５瓷等品种，有时Ａｌ２Ｏ３含量在８０％或７５％者也划为普通氧化铝陶瓷系列。其中９９氧化铝瓷材料用于制作高温坩埚、耐火炉管及特殊耐磨材料，如陶瓷轴承、陶瓷密封件及水阀片等；９５氧化铝瓷主要用作耐腐蚀、耐磨部件；８５瓷中由于常掺入部分滑石，提高了电性能与机械强度，可与钼、铌、钽等金属封接，有的用作电真空装置器件。其制作工艺如下： 一粉体制备： 郑州玉发集团是中国最大的白刚玉生产商，和中科院上海硅酸盐研究所成立玉发新材料研究中心研究生产多品种α氧化铝。专注白刚玉和煅烧α氧化铝近30年，因为专注所以专业，联系QQ2596686490，电话156390七七八八一。 将入厂的氧化铝粉按照不同的产品要求与不同成型工艺制备成粉体材料。粉体粒度在１μｍ?微米?以下，若制造高纯氧化铝陶瓷制品除氧化铝纯度在９９．９９％外，还需超细粉碎且使其粒径分布均匀。采用挤压成型或注射成型时，粉料中需引入粘结剂与可塑剂，?一般为重量比在１０—３０％的热塑性塑胶或树脂?有机粘结剂应与氧化铝粉体在１５０—２００℃温度下均匀混合，以利于成型操作。采用热压工艺成型的粉体原料则不需加入粘结剂。若采用半自动或全自动干压成型，对粉体有特别的工艺要求，需要采用喷雾造粒法对粉体进行处理、使其呈现圆球状，以利于提高粉体流动性便于成型中自动充填模壁。此外，为减少粉料与模壁的摩擦，还需添加１～２％的润滑剂?如硬脂酸?及粘结剂ＰＶＡ。 欲干压成型时需对粉体喷雾造粒，其中引入聚乙烯醇作为粘结剂。近年来上海某研究所开发一种水溶性石蜡用作Ａｌ２Ｏ３喷雾造粒的粘结剂，在加热情况下有很好的流动性。喷雾造粒后的粉体必须具备流动性好、密度松散，流动角摩擦温度小于３０℃。颗粒级配比理想等条件，以获得较大素坯密度。 二成型方法： 氧化铝陶瓷制品成型方法有干压、注浆、挤压、冷等静压、注射、流延、热压与热等静压成型等多种方法。近几年来国内外又开发出压滤成型、直接凝固注模成型、凝胶注成型、离心注浆成型与固体自由成型等成型技术方法。不同的产品形状、尺寸、复杂造型与精度的产品需要不同的成型方法。摘其常用成型介绍： １干压成型：氧化铝陶瓷干压成型技术仅限于形状单纯且内壁厚度超过１ｍｍ，长
氧化铝陶瓷切削刀具的介绍 2010/8/4/9:1来源：《磨料磨具》杂志 氧化铝（刚玉）在磨料和磨具上的应用已有很长的历史，国际每年使用数量也是很大的，如2008年据海关统计中国出口刚玉磨料和磨具82.0512万吨（约50440.4万美元），进口6.5555万吨（约5623.5万美元）。而氧化铝（刚玉）陶瓷刀具是其发展的精尖制品，是近代氧化铝陶瓷的典范，其附加值很高。Al2O3（刚玉）粉料4～5元／公斤，而氧化铝基刀具价达2000～3000元／公斤。2007年西方国家陶瓷刀具的销售额估计达45亿美元以上，而氧化铝基陶瓷刀具约占一半。其中以日本产量最大，其次为美国、德国、英国等，而俄罗斯也有一定规模的产量。但国内对这种原料资源广、价廉，能生产高附加值的工具却发展不大，可能与中国钨资源丰富而偏重钨基硬质合金刀具有关。 氧化铝原料对碳化钨和氮化物原料而言是最廉价的，而氧化铝刀具价高。氧化铝刀具的比重约为硬质合金（碳化钨基）的三分之一，以体积价格计算，氧化铝刀具比硬质合金刀具要便宜、这也是促使国际氧化铝刀具发展的因素之一。 一、氧化铝的性能 现代新陶瓷材料包含氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硅化物，以及它们之间的复合化合物。从用途分有工程结构陶瓷、功能陶瓷、刀具陶瓷等。刀具陶瓷是用来车削或铣削加工金属及合金的工具。除碳化物以外作刀具陶瓷的即是氧化物、氮化物。在氧化物中最适合的就是氧化铝（刚玉－α-Al2O3）材料。 纯Al2O3在低温下存在十多种晶型，但主要的有三种：即α- Al2O3、β- Al2O3、γ- Al2O3，所有的晶型在温度超过1600℃以上，都会转变成高温稳定的α- Al2O3（刚玉），这个转变是不可逆的。一般Al2O3硬度是很低的，只有刚玉型α- Al2O3的硬度（莫氏硬度为9）才是很高的，刚玉才能作切削工具和耐磨件。 α-Al2O3属六方晶系，刚玉（单位晶胞是尖的菱面体）结构，a=4.76?，c=12.99?。密度3.96~4.01g/cm3，硬度（HV）3000kg／mm2，杨氏模量42kg／mm2，热导率0.07卡／（厘米·秒·℃），热膨胀系数8.5×10ˉ6℃。 氧化铝的化学稳定性是很强的，与很多材料的反应都很弱。 二、氧化铝陶瓷刀具 目前切削钢材、铸铁、合金钢材及不锈钢材等普遍采用碳化物基的硬质合金（WC －Co、WC－TiC－Co）。对于某些特殊材料也采用硬度最高的金刚石及立方氮化硼（CBN），但它们的强度比硬质合金较低，且金刚石工具不利于切削钢铁材料，因为碳质元素的金刚石易与铁元素反应生成碳化铁，而使金刚石损耗，但金刚石刀具对加工铝硅合金有独特的优点。而CBN对铁基等很多材料都不起反应，对加工冷硬铸铁、司太立合金、耐热镍基合金等具有较好的性能。 氧化铝与其他刀具材料不同的特性是：氧化铝化学性能稳定，抗氧化性特别好，它的切削刃即使处于红热状态下也能长时间切削，则氧化铝陶瓷刀具特别适于高速切削和加热切削。由于氧化铝对大部份金属的润湿性差，所以很难与金属粘结（如与钢的粘结温度：氧化铝为1528℃以上、碳化钨为1316℃），在切削时表现为摩擦系数低、切削力小、不易产生积屑瘤和粘结磨损，因此加工件容易得到很高的光洁面。氧化铝是所有刀具材料中最不活泼的，则在切削时可减少刀具的扩散磨损，Al2O3在铁中的溶解率，比WC要低4～5倍，因而氧化铝陶瓷刀具切削钢材时的磨损率，比WC基硬质合金刀具可小一个数量级至几十倍。利用氧化铝陶瓷刀具高耐磨性和适于高速切削的特点可加工大件，如加工长度7320mm，炮口直径155mm，尾端直径310mm的钢炮管。氧化铝适合加工大多数金属材料，尤其适合切
陶瓷刀具的种类和性能 陶瓷作为非金属刀具材料，因其能实现高硬度材料的切削和高速切削，所以作为工业的牙齿在金属切削领域中广泛应用，本文根据陶瓷刀具（含立方氮化硼刀具）的种类和性能，浅谈它们的使用区别及其适合加工材质。 一，陶瓷刀具的种类及发展脉络 陶瓷刀具的种类及发展：陶瓷刀具最明显的发展线条是刀片的韧性依次增强：氧化铝陶瓷刀具—-复合氧化铝陶瓷刀具--氮化硅陶瓷刀具--立方氮化硼刀具。 在金属切削领域，氧化铝陶瓷刀具和氮化硅陶瓷刀具合称为陶瓷刀具；在无机非金属材料学中，立方氮化硼材料归于陶瓷材料大类，立方氮化硼材料刀具的问世，是陶瓷刀具的革命。我国河南超硬材料研究所作为国内最早研究聚晶立方氮化硼材料刀具的研究所之一，最近推出纯氮化硼烧结体陶瓷刀具，其韧性和耐磨性能显着增加。 二，陶瓷刀具的性能及其在金属切削中的应用 陶瓷刀具比硬质合金刀片相比，可承受2000℃的高温，而硬质合金在800℃时则变软；所以陶瓷刀具更具有高温化学稳定性，可高速切削，但其缺 点是氧化铝陶瓷刀具的强度和韧性很低，容易破碎。因陶瓷刀具耐高温，对高温高速切削更有利，由于陶瓷热导率低，高温只在刀尖，高速切削所产生的热量都随切屑带走，所以大部分研究者认为：氧化铝陶瓷刀具能够，且最好高于硬质合 金切削的10倍线速度下进行切削，才能真正体现陶瓷刀具的优点。 为了减低陶瓷刀具对破碎的敏感性，在企图改善其韧性、提高耐冲击性能时，加入了氧化锆或加入碳化钛与氮化钛的混合物。尽管加入了这些添加剂，但是陶瓷刀具的韧性比硬质合金刀片还是低得多。 另一个提高氧化铝陶瓷刀具韧性的方法是在材料中加入结晶纹理或碳化硅晶须，通过这些特殊的平均起来仅有1纳米直径，20微米长很结实的晶须，相 当程度地增加了陶瓷的韧性、强度和抗热冲击性能。单受其抗冲击韧性限制，一直精车加工领域中使用。 和氧化铝陶瓷刀具一样，氮化硅陶瓷刀具比硬质合金刀片有更高的热硬性。它耐高温与机械冲击的性能也比较好，与氧化铝陶瓷刀具相比它的缺点是在加工
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氧化铝陶瓷综述 ***（姓名） *********（所属单位） 摘要：本文简述了氧化铝陶瓷的功能及在各行业的应用，详细论述了氧化铝陶瓷的制备、成型及烧结方法。 关键词：氧化铝陶瓷制备成型烧结应用 以氧化铝(Al2O3)为主要成分的陶瓷称为氧化铝陶瓷。它属于无机非金属材料，具有特殊用途，新的性能，故也称特种陶瓷、高性能陶瓷。氧化铝陶瓷是氧化物陶瓷中应用最广、用途最宽、产销量最大的陶瓷新材料。 1氧化铝的同质多晶变体及其性能简介 根据研究报道，Al2O3有12种同质多晶变体[1]，但应用较多的主要有3种，即α-Al2O3、β-Al2O3和γ-Al2O3，这3种晶体的结构不同，故它们的性质具有 很大的差异[2]。 （1）α-Al2O3是三方晶系，单位晶包是一个尖的菱面体，密度为 3.96～4.01g/cm3，其结构最紧密、化学活性低、高温稳定性好、电学性能优良并且机械性能也最佳，在一定条件下可以由其它的两种晶体转换而来。 （2）β-Al2O3是一种Al2O3含量很高的多铝酸盐矿物，密度为 3.30～3.63g/cm3，它的化学组成中含有一定量的碱土金属氧化物和碱金属氧化物，并且还可以呈现离子型导电。 （3）γ-Al2O3是尖晶石型立方结构，在950～1200℃范围内转化为α-Al2O3，密度为3.42～3.47g/cm3。它的氧原子呈立方紧密堆积，铝原子填充在间隙中，这就决定了它在高温下不稳定、力学和电学性能差的缺陷，在科学应用中很少单独制成材料使用。但它有较高的比表面积和较强的化学活性，经过技术改进可以作为吸附材料使用。 由于β-Al2O3和γ-Al2O3在高温(950～1200℃)下易转化为α-Al2O3，而陶瓷的制备又须经高温烧结，所以氧化铝陶瓷是一种以α-Al2O3为主晶相的陶瓷材料。 2氧化铝陶瓷的功能简介 氧化铝陶瓷具有热稳定和化学稳定性，电绝缘性、压电性、耐腐蚀性、化学吸附性、生物适应性、吸声性和透光性等多种有实用价值的性能和功能，见表1。
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周健等Ⅲｏ对Ａ１２０３一Ａ１２０３以及Ａ１２０３和ＨＡＰ（羟基磷灰石）生物陶瓷进行了焊接，并借助电镜、电子探针分析了界面结合情况。前者在２ＭＰａ、１３００℃、保温１５ｍｉｎ时结合强度达到基体强度。后者在２．５ＭＰａ、１２００℃、保温１５ｍｉｎ左右将两类材料焊接在一起。． 蔡杰等¨引采用１’Ｅ１０３型谐振腔分别在１３００和１４００℃对Ａ１２０３一Ａ１２０３进行焊接，认为在１３００℃焊接时，虽经长时间保温，焊接效果不理想，在１４００℃、保温２０ｍｉｎ，焊缝消失。如上所述，氧化铝陶瓷一般采用直接焊接，对于高纯度氧化铝陶瓷一般采用低纯氧化铝或玻璃做中间层，目前也有人用溶胶凝胶方法制备的氧化铝做中间层。 目前微波焊接腔体的微波场的均匀区域还不大，改进微波场的分布，提高加热均匀区域，可以提高材料的焊接尺寸。同时增加焊接材料的种类。 ７激光焊接 激光焊接陶瓷是近年来发展的新技术，Ｍｉｔｔｗｅｉｄａ公司开发了双束激光焊接陶瓷方法，其原理见图９。 图９双束激光焊接示意图¨引 Ｆｉｇ．９Ｓｋｄ【ｃｈｏｆｄｏｕｂｌｅｌａｓｅｒｗｅｌｄｉＩｌｇ 采用高能束激光焊方法，可快速加热和冷却，配以氮气筛的冷却和温度场调节，诱导和改善复合材料增强相和基体界面反应，而提高接头强度。采用脉冲输入方式，可抑制界面反应，细化组织，减少缺陷，获得良好接头，在操作时对激光功率控制非常重要啪Ｊ。用该法焊接的Ａｌ：Ｏ，陶瓷试样，激光焊接区细晶粒均匀，在电子显微镜下，可以看到晶粒呈片瓦结构，防止了裂纹的产生和扩展。经１００次反复加热和冷却后，试样的弯曲强度无明显下降。 ８结语 随着Ａｌ，Ｏ，陶瓷的广泛应用，其连接技术已成为世界各国集中研究的重点，其中钎焊与扩散连接是最常用的连接方法，但都有其局限性。例如：用钎焊方法形成的陶瓷接头的高温性能和抗氧化性能较差；钎焊的界面反应机理现在还处于试验阶段，缺乏系统性和理论性。扩散连接虽然可以减小界面缺陷，并适合大尺寸构件的接合，但易发生试件的变形和损伤等。近来新发展的微波连接能很好地实现接头处均匀连接，避免了开裂的发生，而且由于升温速度极快，陶瓷内部的晶粒不会剧烈长大。而ｓＨｓ焊接和激光焊接还处于起步阶段，有待于发展。 参考文献 １王颖．ＡＪ：０，陶瓷与Ｋｏｖｅｒ合金钎焊工艺研究．哈尔滨工业大学硕士论文，２００６：ｌ一５０ ２Ｈａｍ咖ｄＪＰ，ＤＢ“ｄＳＡ，ＳａｍｅＵａＭＬＢ阳ｚｉｎｇｏ既帅ｉｃｏｘ－ｉｄ船ｔｏｍ吨ＩｌｓａｔｌｏｗｔｅⅡ聊舶ｈｌｒ酷．ＷｅｌｄＪ，１９９２；（５）：１４５—１４９３赵永清．利用化学镀实现Ａ１２０，陶瓷与金属的连接．焊接技术，１９９９；（２）：１６—１７ ４顾小龙，王大勇，王颖．Ａｌ：０，陶瓷／ＡｇＣｕＴ∥可伐合金钎焊接头力学性能．材料科学与艺，２００７；１５（３）：３６６—３６９５吴铭方．反应层厚度对他０３／ＡｇＣｕ７ｎ／ｎ一６ｍ一４Ｖ接头强度的影响．稀有金属材料与工程，２０００；１９（２６）：４１９—４２２６王洪潇．氧化铝陶瓷与金属活性封接技术研究．大连交通大学硕士论文，２００６：１—５０ ７刘军红．复相Ａｌ：０，基陶瓷／钢大气中直接钎焊连接界面的微观组织结构．焊接学报，２００３；２４（６）：２６—２８ ８张玮．镍离子注入灿２０３／１ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ的钎焊界面成分分析．包头钢铁学院学报，２０００；１９（３）：２１９—２２ｌ ９王大勇，冯吉才，刘会杰．灿：Ｏ，／Ｃｕ／Ａｌ扩散连接工艺参数的优化．材料科学与工艺，２００３；１１（１）：７３～７６ １０陈铮，赵其章，方芳等．陶瓷／陶瓷（金属）部分瞬间液相连接．硅酸盐学报，１９９９；２７（２）：１８６～１８８ １ｌＭｅｒｚｈ锄ｏｖＡＧ．ＩｎｔｅｒＳｙｍｐｏｓｉｕｍ∞ｃｏＩＩＩｂｕｓ阴ｄｐｌ嬲一眦ｓｙｎ．ｏｆｈｉｇｌｌ—ｔｅ呷．Ｍａｔｅｒ．ｓ明Ｆｒ锄ｃｉｓｃｏ，ｃＡ，９８８ １２余圣甫等．Ａｌ：０，陶瓷／不锈钢自蔓延高温原位合成连接．焊接学报，２００４；２５（２）１１９一１２２ １３周健，章桥新，刘桂珍等．微波焊接陶瓷辊棒．武汉工业大学学报，１９９９；２１（３）：１～２ １４ＭｅｅｋＴＴ，ＢｌａｌｃｅＲＤ．Ｃｅｒａｍｉｃ?ｃｅ硼ｉｃｓｅａｌｓｂｙｍｉｃｒｏ－ｗ盯ｅｈｅ砒ｉｎｇ．Ｊ．Ｍａｔ．Ｓｃｉ．Ｌ肚．，１９８６；（５）：２７０～２７４ １５Ｆｕｋｕｓｈｉ眦Ｈ。ＹａｍａｎａｋａＴ，Ｍａ协ｕｉＭ．Ｍｉｃｍｗａｖｅｈｅａｔ—ｉｎｇｏｆ ｃｅ姗ｉｃｓａｎｄｉ协ａｐｐｌｉｃ砒ｉ叩ｔｏｊｏｉｎｉｎｇ．ＪＭａｔ．Ｒ∞．，１９９０；５（２）：３９７—４０５ １６Ｂｉ衄ｅｒＪＧＰ，Ｆ唧ｉｅＪＡ，ＷｈｉｔａｋｅｒＰＡｅｔａ１．Ｔｈｅｅ妇ｆｅｃｔ０ｆｃｏｍｐｏｓｉｔｉ∞ｏｎｔｌＩｅＩＩｌｉｃｎ）ｗａｖｅｂｏｎｄｉｒＩｇ０ｆａｌｕｌＩｌｉ啪ｃｅ捌【ｎｉｃｓ．ＪＭａｔ．ｓｃｉ．，１９９８；３３（１２）：３０１７～３０２９ １７ｚｌＩ伽Ｊｉ蛐，Ｚｈ衄ｇＱｉａ喇ｎ，ＭＥＩＢｉｎｇｃｈｕｅｔａ１．Ｍｉｃ胁ｗａｖｅｊｏｉＩｌｉｎｇｏｆ ａｌｕＩＩｌｉ腿ｃ廿枷ｃａｎｄｈ”Ｉｒｏｘｙｌ印ａｔｉｔｅｂｉｏｃｅ枷ｃ．ＪＷｕｈ粕Ｕｎｉｖ．ｏｆＴｅｃｈ．Ｍａｔｅｒ．Ｓｃｉ．，１９９９；１４（２）：４６～４９１８ＣｈｅｎＸｉｎｍ伽，ⅡｕＷ嘶．ＨｉｇｌｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＨｅａｔｉｌｌｇＤｉｅ．１ｅｃｔｒｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＢｅｉｊｉＩｌｇ：ｓｃｉｅ眦ｅＰｒ鹤ｓ，１９７９：ｌ一３０ １９Ｃ蛐Ｇ，Ｋ０ｃａＩ【Ｍ．ｈ咿ｓｓｉｎｊｏｉｎｉＩｌｇｏｆａｄｖ锄ｃｅｄｍａｔｅ—ｒｉａｌｓ．ｈｔｅｍａｔｉｏＩｌａｌＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｖｉｅ啪，１９９８；４３（１）：卜４４２０广赖明夫．金属基复合材料。结合．溶接会志，１９９６；６５（４）：ｌ６９２一ｌ６９８ （编辑吴坚） 宇航材料工艺２００８年第４期 万方数据
文章编号:1000-2278(2001)03-0152-05 对气压烧结碳化硅晶须增韧氧化铝基陶瓷刀具材料的研究 金 健 (重庆渝伦高技术陶瓷有限公司) 摘 要 本文介绍了用气压烧结S iC W 增韧Al 2O 3基陶瓷刀具的工艺,对气压烧结机理进行了分析,指出了气压法烧结S iC W 增韧Al 2O 3 基陶瓷刀具材料在产业化生产中的优势与不足。关键词 晶须增韧,复合陶瓷材料,气压烧结中图法分类号:T Q174.75+8 文献标识码:A RESEARCH ON GAS PRESSURE SINTERING OF SiC W REINFORCE D Al 2O 3CERAMIC INSERTS Jin Jian (Chongqing Y u Lun High T echnology Ceramic MFG.C o.Ltd ) Abstract The process of gas pressure sintering (G PS )to produce SiC W reinforced Al 2O 3ceramic inserts is introduced.The mecha 2nism of G PS is analyzed.The advantage and disadvantage of G PS in production of SiC W reinforced Al 2O 3ceramic inserts are discussed. K eyw ords whisker reinforced ,ceramic com posites ,gas pressure sintering 1 前 言 尽管晶须增韧陶瓷刀具已进入商品化生产阶段,但国内外主要采用热压烧结后经切割加工的方法来制备,其制造成本较高,且难以达到产业化的规模。我公司用气压法烧结的SiC W 增韧Al 2O 3基陶瓷刀具材料,其力学性能指标已达到或接近热压法生产的同类制品水平,在切削钛合金等难加工材料方面,已显示出比普通Al 2O 3-T iC N 、Si 3N 4基陶瓷刀具更为优越的切削加 工性能。目前国内外尚未见有类似的研究报道。 2 实验研究 2.1 原材料 Y 2O 3和T i (C N )粉:从德国H.C.Starck 公司购进, 粉末平均粒径<0.5 μm ;最大粒径<1μm 。Al 2O 3粉:从美国C ondea Uista 公司购进,α-Al 2O 3>99%,粉末平均粒径<0.5μm ,0.7μm 以上<5%,比表面积:12-15m 2/g 。 收稿日期:2001-08-20作者简介:金 健,重庆渝伦高技术陶瓷有限公司,400041 第22卷第3期2001年9月 陶瓷学报JOURNA L OF CERAMICS V ol.22,N o.3Sep.2001
氧化铝陶瓷 氧化铝陶瓷（alumina ceramics）是一种以α- Al2O3为主晶的陶瓷材料。其Al2O3含量一般在75～99.99%之间。通常习惯以配料中Al2O3的含量来分类。Al2O3含量在75%左右的为“75瓷“，含量在85%左右的为“85瓷“，含量在95%左右的为“95瓷“，含量在99%左右的为“99瓷“。 工业Al2O3是由铝钒土（Al2O3·3H2O）和硬水铝石制备的，对于纯度要求不高的，一般通过化学方法来制备。电熔刚玉即是用上述原料加碳在电弧炉内于2000～2400C熔融制得，也称人造刚玉。 Al2O3有许多同质异晶体。根据研究报道过的变体有十多种，但主要有三种，即γ- Al2O3，β- Al2O3，α- Al2O3。Al2O3的晶体转化关系如下图，其结构不同，因此其性质也不同，在1300度以上的高温几乎完全转变为α- Al2O3。郑州玉发集团是中国最大的白刚玉生产商，和中科院上海硅酸盐研究所成立玉发新材料研究中心研究生产多品种α氧化铝。专注白刚玉和煅烧α氧化铝近30年，因为专注所以专业，联系QQ2596686490，电话156390七七八八一。 γ- Al2O3，属尖晶石型（立方）结构，氧原子形呈立方密堆积，铝原子填充在间隙中。它的密度小。且高温下不稳定，机电性能差，在自然界中不存在。由于是松散结构，因此可利用它来制造多孔特殊用途材料。 β- Al2O3是一种Al2O3含量很高的多铝酸盐矿物。它的化学组成可以近似地用RO·6 Al2O3和R2O·11 Al2O3来表示（RO指碱土
金属氧化物，R2O指碱金属氧化物），其结构由碱金属或碱土金属离子如[NaO]ˉ层和[Al11O12]＋类型尖晶石单元交叠堆积而成，氧离子排列成立方密堆积，Na＋完全包含在垂直于C轴的松散堆积平面内，在这个平面内可以很快扩散，呈现离子型导电。 α- Al2O3，属三方晶系，单位晶胞是一个尖的菱面体，在自然办只存在α- Al2O3，如天然刚玉、红宝石、蓝宝石等矿物。α- Al2O3结构最紧密、活性低、高温稳定。它是三种形态中最稳定的晶型，电学性质最好，具有优良的机电性能。 Al2O3中的化学键是离子键，离子键也称“电价键”，它是由金属原子失去外层电子形成正离子，非金属原子取得电子形成负离子，互相结合形成的。离子键是依靠正负离子间静电引力所产生的化学键，它没有方向性也没有饱和性。A Al2O3陶瓷属于氧化物晶体结构，氧化物结构的结合键以离子键为主，它的分子式通常以AmXn 表示。A(或者B)表示与氧结合的正离子，n为离子数，x表示氧离子，n表示它的数量。大多数氧化物中的氧离子半径大于正离子的半径。所以它们的结构是以大直径的氧离子密堆排列的骨架，组成六方或面心立方点阵，小直径的正离子嵌入骨架的间隙处。这种陶瓷材料具有高的硬度和熔点。 陶瓷体的相组成中，晶相相对含量波动范围很大，通常特种陶瓷中晶相体相对含量较高。晶相对陶瓷材料性质有很大的影响。表中列出了一般陶瓷到特种陶瓷中的刚玉相(α- Al2O3)含量的变化及表现出的性能差异。
教你如何检测数控铣床中刀具的磨损问题机床结构部件 1。主轴采用原装意大利进口电主轴2。采用日本伺服电机，日本高精度直线导轨3。铸造工作台4。大功率吸尘装置。 现在，数控铣床在我们的生活中有着广泛的用途，尤其是在工业中更是得到了很好的使用，然而对于数控铣床的刀具磨损程度的检测记录却是一直是一个难题，下面我们就请有关专家来为我们介绍关于如何记录数控铣床的刀具磨损。 以前人们主要借助于集成了丈量尺的放大镜进行万能铣床检查，固然能够进步丈量的灵活性，但是因为操纵职员的差异会导致不一致的丈量结果。类似的结果可以展示另外一种被测系统：一方面，尽管固定式丈量系统具有较好的经济性，但是便携机能较差;另一方面，简易移动式丈量系统的丈量精度较低，成像质量较差，丈量深度不足。现在万能铣床主要使用图形来显示加工刀具的出产效率，以及磨损划痕深度(VB)跟着使用寿命的增长而逐渐加深的过程。 加工过程进行优化，可以将整套系统放入便携式容器，并配备必要的备用电池、充电器或者清洁用具。丈量系统的构造：直接在铣床的转盘铣刀前布置配备有磁性三脚架的数码相机上海维宏电子说：“图片的高质量、丈量系统和评价软件的便捷操纵是我们的一大上风。而且我们在用户和刀具制造商进行丈量的过程中反复询问，是否需要为他们提供带有软件的集成式丈量系统包。” 迄今为止，万能摇臂铣床系列来自航空产业、刀具制造业和科研仪器行业的工艺员已经开始在切削加工中应用这套系统。在对丈量系统进行检查和优化，功能紧凑且实用： 1)便于用户操纵的丈量软件：磨损丈量包中包含的评价软件Abrascan可以丈量间隔(D)、角度(A)和半径。点击”间隔“图标就可以用毫米显示出相关尺寸。在单独的图片中还可以显示更多的间隔和角度丈量值。单击鼠标右键可以复制相关数据并且另存为Excel表格文件。这样可以大幅度简化磨损划痕宽度的形成过程。其他的辅助功能，好比亮度、对比度、灰度等也一应俱全。因为万能铣床这套系统基于Office软件，因此用户无需参加额外的培训即可快速上手使用。 2)输出丈量值：在X5036A立式铣床表格计算软件中存储丈量值就可以天生磨损的形成过程。利用磨损丈量系统Abrascan可以识别出极其微小的磨损痕迹并进行丈量。因此可以对刀具的优化过。Abrascan的图像可以显示磨损的形成过程横轴为刀具的切屑间隔，单位米;纵轴为磨损划痕宽度VB，单位毫米;三根曲线分别为刀具A、B、C。 3)转盘：磨损划痕宽度VB=0.136mm：丈量流程如下：将数码相机固定在磁性三脚架上，利 用磁性三脚架还能够直接在铣床长进行丈量，而无需从支架或者主轴上拆下刀具。X6132A卧式 铣床带有能够任意旋转的显示屏，可以在任意位置进行拍摄。所以，用户只需要打开数码相机就可以随时进行拍摄。摄影兴趣者当然还可以根据不同的场合进行微调。转子泵通过USB数据线可以将储存的图片传输到笔记本电脑并利用软件进行评价。
透明氧化铝陶瓷制备的研究进展 关键词：透明氧化铝，透光率，烧结助剂，烧结工艺 1引言 透明氧化铝陶瓷最早是由美国Coble博士发明的，他通过在Al2O3中添加0．25wt% MgO，于1700～1800℃氢气气氛下烧结出呈半透明的氧化铝陶瓷，从此开创了透明氧化铝陶瓷研究和应用的新篇章［1］。经过半个世纪的不懈努力和研究，科研工作者发现，通过提高氧化铝的纯度、致密度以及合理的调控显
微结构，可以显著提高氧化铝陶瓷的透光性。 随着研究的不断开展，制备氧化铝陶瓷的烧结助剂得到了极大地扩展，除了MgO，一些稀土氧化物（如Y2O3、La2O3、ZrO2等）同样可以作为氧化铝陶瓷的烧结助剂，并且采用复合添加剂的效果优于单独使用MgO。关于添加剂的引入方式，谢志鹏等［2］提出了化学沉淀包覆工艺，在1800℃氢气气氛下烧结，制备了透明氧化铝陶瓷。与传统的球磨工艺相比，该方法能够实现添加剂在氧化铝基体中的均匀分布，从而大大提高了陶瓷的透光性。 关于透明氧化铝陶瓷的烧结技术，最近的研究工作表明，采用热等静压（HIP）、放电等离子（SPS）等特种烧结工艺可以制备出亚微米晶的高性能透明氧化铝陶瓷。例如，Jin等［3］采用SPS工艺，于1250～1350℃，80MPa压力下烧结，制备了晶粒尺寸小于1μm，直线透光率为53%的透明陶瓷。由于晶粒细小，其机械强度也非常优异。 此外，Mao等［4］就氧化铝晶粒光轴取向对透光性的影响进行了研究，他们通过在强磁场条件下进行透明Al2O3陶瓷浆料的注浆成型，使烧结后的Al2O3陶瓷晶粒光轴趋于一致，从而减少六方晶系Al2O3陶瓷因双折射率不同带来的光损失，显著提高透明Al2O3陶瓷的透过率。下面就影响氧化铝陶瓷透光性的各种因素，以及氧化铝粉体选择、烧结助剂及作用、烧结工艺及透明氧化铝陶瓷的应用进行综述。 2影响氧化铝陶瓷透明性的因素 2.1.1气孔 对透明陶瓷透光性能影响最大的因素是气孔率，又包括气孔尺寸、数量、种类。普通陶瓷即使具有高的密度，往往也不是透明的，这是因为其中有很多封闭气孔，并且当陶瓷内部的气孔率大于1%时，陶瓷就基本不再透明。有实验
陶瓷刀具的种类 氧化铝（Al2O3）基陶瓷纯氧化铝陶瓷 其中Al2O3的成份占99.9%以上，多呈白色，俗称白陶瓷。中国成都工具研究所生产的P1牌号属于这一类。它的耐磨性好，用于切削灰铸铁有较好效果，也可切削普通碳钢。但因其强度低，抗热振性及断裂韧性较差，切削时易崩刃，目前已被其它Al2O3复合陶瓷取代。 氧化铝—碳化物系复合陶瓷 它是在Al2O3基体中加入TiC、WC、MO2C、TaC、NbC、Cr3C2等成份经热压烧结而成，使用最多的是Al2O3-TiC复合陶瓷。随着TiC含量(30%~50%)的不同，其切削性能也有差异。这类陶瓷主要用于切削淬硬钢和各种耐磨铸铁。中国生产的牌号有M16、SG3、SG4和AG2等，后两种牌号还含有WC的成份。 氧化铝—碳化钛—金属系复合陶瓷 在Al2O3-TiC陶瓷中加入少量的粘结金属，如Ni和Mo等，可提高Al2O3 与TiC的连结强度，提高其使用性能，故可用于粗加工。这类陶瓷又称金属陶瓷。中国生产的牌号有AT6、LT35、LT55、M4、M5、M6、LD-1等。用其切削调质合金钢时切削速度可达一般硬质合金刀具的1~3倍，刀具寿命为硬质合金刀具的6~10倍。由于含有金属成份，所以能用电加工切割成任何形状。同时，用金刚石砂轮刃磨时，能获得较好的表面质量。LD-1是在Al2O3-TiC系陶瓷的基础上，通过添加少量的特殊微粉，利用多种增韧机制的协同作用而使断裂韧度有较大提高(可达6.0~6.6 MPa·m1/2，普通热压Al2O3-TiC陶瓷断裂韧度为4 MPa·m1/2)，用其端铣淬硬钢时刀片抗破损性能比同类LT55牌号高出30%~110%。 Al2O3-SiC晶须增韧陶瓷 在Al2O3陶瓷基体中添加20%~30%的SiCw晶须(是直径小于0.6μm，长度为10~80μm的单晶，具有一定的纤维结构，抗拉强度为7GPa，抗拉弹性模量超过700GP)而成。SiCw晶须的作用犹如钢筋混凝土中的钢筋，能成为阻挡或改变裂纹发展方向的障碍物，使其韧性大幅度提高，断裂韧度可达9MPa·m1/2，可有效地用于断续切削及粗车、铣削和扩孔等工序，适于加工镍基合金、高硬度铸铁和淬硬钢等材料。中国生产的JX-1、AW9、SG5及美国WG300、Kyon250与瑞典Sandvik公司CC670等牌号均属于这一类。 Al2O3/(W,Ti)C梯度功能陶瓷 通过控制陶瓷材料的组成分布以形成合理的梯度，从而使刀具内部产生有利的残余应力分布来抵消切削的外载应力，具有表层热导率高、有利切削热的传出、
概述了氧化铝陶瓷基复合材料，并且对其一般的生产工艺金属间、氧化铝陶瓷基复合材料以及其应用领域作了介绍， 前言 氧化铝(Al2O3) 陶瓷材料具有耐高温、硬度大、强度高、耐腐蚀、电绝缘、气密性好等优良性能, 是目前氧化物陶瓷中用途最广、产量最大的陶瓷新材料。但是与其他陶瓷材料一样,该陶瓷具有脆性这一固有的致命弱点,使得目前Al2O3 陶瓷材料的使用范围及其寿命受到了相当大的限制。近年来, 在氧化铝陶瓷中引入金属铝塑性相的Al/Al2O3 陶瓷基复合材料是一个非常活跃的研究领域。 概述 金属间化合物的结构与组成它的两组元不同, 具有序的超点阵结构, 各组元原子占据点阵的固定位置, 最大程度地形成异类原子之间结合。由于其原子的长程有序排列以及金属键和共价健的共存性, 有可能同时兼顾金属的较好塑性和陶瓷的高温强度。在力学性能上, 有序金属间化合物填补了陶瓷和金属之间的材料空白区域。有序金属间化合物中, Ti - Al、Ni - Al、Fe - Al 和Nb-Al系等几个系列的多种铝化物更是特别受到重视。这些铝化物具有优异的抗氧化性、抗硫化腐蚀性和较高的高温强度, 密度较小, 比强度较高。 由于在空气中铝粉极易氧化而在表面形成Al2O3 钝化膜,使Al 粉和Al2O3 颗粒之间表现出很差的润湿性,导致烧结法制备Al/Al2O3 陶瓷材料烧结困难, 影响复合材料的机械性能[5]。挤压铸造和气压浸渍工艺浸渍速度快, 但是预制体中的细小空隙很难进一步填充[ 6], 而后发展的无压渗透工艺操作复杂,助渗剂的选择随意, 且作用机理复杂, 反而增加了工艺控制难度[7]。20世纪80年代初, 美国Lanxide公司提出了一种制备陶瓷基复合材料的新工艺定向金属氧化技术( DirectedMetal Ox-idation, 简称DMOX)。该工艺是在高温下利用一定阻生剂限制金属熔体在其他5个方向的生长, 使金属熔体与氧化剂反应并只单向生长即定向氧化。采用该方法制备的Al/ Al2O3 陶瓷材料在显微结构上表现为由立体连通的-Al2O3 基体与三维网状连通的残余金属和不连续的金属组成, 由于Al2O3 晶间纯净, 骨架强度高于烧结、浸渍等工艺制得的同类材料的强度[ 9]同时, 三维连通的金属铝具有良好的塑性, 从而使该复合材料具有更为良好的综合机械性能。
高速加工技术论文 氧化铝陶瓷刀具的研究与应用 院系：燕山大学机械工程学院 班级：11硕研机制系 组长：明 组员： 指导老师： 时间：2011年12月01日
氧化铝陶瓷刀具的研究与应用 摘要:作为先进制造技术,高速切削技术能大幅度地提高加工品质和加工效率,并能降低加工成本。高速切削已经成为切削加工的主要发展方向。为真正实现切削加工的高速化，不仅要研究开发与高速切削相适应的材料，还要不断改进刀具结构，并对刀具的动平衡和可靠性进行分析。目前，国际上现已发展的陶瓷刀具主要是氧化铝基(Al2O3) 和氮化硅基( Si3N4) 两大系列。陶瓷刀具具有很高的硬度、耐磨性能及良好的高温性能，与金属的亲合力小，并且化学稳定性好。因此，陶瓷刀具可以加工传统刀具难以加工的高硬材料，实现以车代磨。 关键词：高速加工、氧化铝陶瓷刀具、高硬度、高耐磨性、抗高温 1、陶瓷刀具的材料及选择 陶瓷材料比硬质合金更适合于高速切削，陶瓷材料与金属亲合力小，热扩散磨损就很小。另外，陶瓷的高温硬度优于硬质合金，在1200 ℃~1400℃时仍能达到HRA80，相当于硬质合金400℃以下的硬度。 氧化铝陶瓷硬度高、耐磨性好，但韧性不足，抗热振能力差，易于发生刃口早期破损。通过加入ZrO2形成的相变增韧复合陶瓷Al2O3一ZrO2，和由具有高横向断裂强度的SiC晶须组成的晶须强化陶瓷Al2O3一SiC以及Al2O3一SiC+金属等Al2O3基陶瓷断裂韧性和强度有较大的提高，强了耐冲击和断续切削的能力，如Al2O3一ZrO2，能以1000m/mi的切削速度铣削硬度小于HRC38的钢件和HB300的铸铁件。 氮化硅(Si3N4)陶瓷具有较高的强度、韧性和抗热振能力，刀具耐用度显著提高，尤其提高了断续切削的可靠性。通过在Si3N4基体添加YO、Al2O3和TiC(N)等形成的氮化硅系陶瓷，具有良好的烧结工艺性并能保持优良的切削性能。近期开发的XE10是一种高强韧性的纤维状的高纯度高密度Si3N4陶瓷, 断裂韧性达7.0MPa2M1\2，热传导率比其它陶瓷高,2倍，抗热冲击性强，在铸铁的有冷却液高速断续切削中获得较高的刀具寿命。 2、陶瓷刀具的结构设计 2.1、合理的刀具几何参数 刀具合理的几何参数是指粗加工或半精加工时能保证刀具具有较高的生产率和刀具耐用度，精加工时在具有较高的刀具耐用度的基础上保证加工出符合预定尺寸精度和表面质量的工件的刀具几何参数。目前陶瓷刀具的一些新品种在强度和韧性方面有了较大的提高，但毕竟是脆性材料，抗弯强度较低而抗压强度高。为了充分发挥它的长处，应尽力使陶瓷刀具切削时工作在压应力区，并尽量减少振动，利于提高工艺系统的刚性，从实验得知：当前角 取- 6°~ - 8°，后角α0取5°~ l2°，主偏角K r取45°，刃倾角λs取0 ~ - l0°，圆角半径γε取0. 6 ~ 0. 9mm，b r取0. 4 ~ 0. 6mm时，陶瓷刀具的切削性能较为理想。 2.2、合理的切削用量
目 录 摘 要 ................................................................................................................................ 1 正文： ................................................................................................................................ 1 1氧化铝的同质多晶变体及其性能简介 . (1) 1.1α-32O Al ................................................................................................................ 1 1.2β-32O Al ................................................................................................................. 1 1.3γ-32O Al ................................................................................................................. 1 2氧化铝陶瓷的分类及功能简介 . (2) 2.1分类 (2) 2.1.1氧化铝陶瓷按其中氧化铝含量不同分为高纯型和普通型两种。.......... 2 2.1.2氧化铝陶瓷根据主晶相不同可分为刚玉瓷、刚玉—莫来石瓷及莫来石瓷。................................................................................................................................. 2 2.2功能 ........................................................................................................................ 2 3氧化铝陶瓷的原料及其加工 .. (3) 3.1原料及其制备 ........................................................................................................ 3 3.232O Al 的预烧 .......................................................................................................... 4 3.332O Al 粉体的制备 .................................................................................................. 4 4氧化铝陶瓷的成型工艺 . (5) 4.1成型辅助剂 ............................................................................................................ 5 4.2成型方法 . (5) 4.2.1模压成型...................................................................................................... 5 4.2.2等静压成型.................................................................................................. 5 4.2.3注浆成型...................................................................................................... 5 4.2.4凝胶注模成型.............................................................................................. 5 4.2.5热压铸成型.. (6) 5烧结 (6) 5.1烧结方法 (6) 5.1.1常压烧结法.................................................................................................. 6 5.1.2热压烧结和热等静压烧结.. (6)