结构陶瓷材料的应用

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1、结构陶瓷材料的应用1.陶瓷刀具2.陶瓷发动机3.陶瓷装甲4.陶瓷轴承1.陶瓷刀具陶瓷刀具是以陶瓷材料为基础制作的用于金属切削的刀具，能在高速切削条件下保持高的强度、硬度和耐磨性，并具有长的使用寿命。CompanyLogo陶瓷刀具与传统的高速钢和硬质合金刀具相比，具有更好的红硬性和耐磨性；与超硬材料金刚石和CBN相比，它具有更低的制造成本、更好的热稳定性和抗冲击能力。因而，在先进制造技术的发展过程中起着如下方面的重要作用。CompanyLogo①它可以加工传统刀具难以加工或根本不能加工的工件。②它可以保证在自动化加工中较长时间较稳定的工作，保证

2、工件的加工精度。③它可以进行高速切削，加工效率可提高几倍甚至几十倍。下面将着重介绍氧化铝基、氮化硅基、金属陶瓷、陶瓷徐层刀具和超硬刀具材料。CompanyLogo1.1氧化铝基陶瓷刀具（1）纯氧化铝陶瓷刀具纯氧化铝陶瓷刀具，其中Al2O3的成分占99.9％以上，多呈白色，俗称白陶瓷。氧化铝陶瓷刀具是最早的一种陶瓷刀具。由于Al2O3陶瓷脆性大，强度低，质量不稳定，使用过程中容易崩刀，使得氧化铝陶瓷刀具在很长时间内不能成功推广应用。CompanyLogo在氧化铝中添加MgO、TiO2等外加剂，一方面降低氧化铝陶瓷的烧结温度，更重要的是能抑制氧化

3、铝晶粒的过快生长，形成细晶结构。另外，采用热压烧结技术也可以获得陶瓷材料的细品结构。CompanyLogoAl2O3陶瓷的弯曲强度和硬度随晶粒尺寸的变化关系对于氧化铝陶瓷晶粒与力学性能的研究表明，在相同的致密情况下，晶粒越细，Al2O3陶瓷的弯曲强度和硬度就越高，因而刀具的切削性能也越好。CompanyLogo氧化铝—碳化物系复合陶瓷是在Al2O3基体中加入TiC、WC、TaC、NbC、Cr3C2等成分经烧结而成的复合陶瓷体系。在氧化铝—碳化物复合陶瓷刀具体系中发展最早的是Al2O3—TiC复合陶瓷。这种复合陶瓷刀具，由于在基体中弥散了质量分

4、数为15％一40％的硬质纫颗粒TiC，不仅提高了材料的硬度，也提高了断裂韧性。因为当基体中的裂纹受力扩展时，必然会遇到TiC颗粒的阻碍，产生偏折拐弯，这样就延长了裂纹所走的路线，多消耗了一部分能量。因此复合Al2O3—TiC陶瓷刀具的切削性能要比纯Al2O3刀具提高很多。（2）氧化铝—碳化物复合陶瓷刀具CompanyLogoAl2O3十Ti(C，N)系统陶瓷强度、断裂韧性和硬度的实验结果在Al2O3中适当加入Ti(C，N)，使得Al2O3的晶粒变细，同时提高了硬度，这种复合材料刀具有较高的硬度和切削能力。CompanyLogo此外，还有Al2

5、O3／(W，Ti)C梯度功能陶瓷刀具、氧化铝—碳化钦—金属系复合陶瓷刀具、SiC晶须增韧Al2O3复合陶瓷刀具、ZrO2增初Al2O3陶瓷刀具等。CompanyLogo1.2氮化硅基陶瓷刀具Si3N4系陶瓷为高温强度和热传导率高、线膨胀系数小、共价性强的材料，有着与氧化铝陶瓷完全不同的特性。将其作为切削刀具材料最大特点是能进行高速切削，并且耐磨性好。CompanyLogo(1)Si3N4／TiC复合陶瓷刀具复合氮化硅(Si3N4+TiC)陶瓷刀具以TiC作为弥散相，TiC的引入提高了刀具材料的硬度和耐磨性。与硬质合金刀具相比，Si3N4／Ti

6、C复合陶瓷刀具的切削耐用度可提高几十倍，切削速度可提高3—10倍。CompanyLogo几种陶瓷月具材料在加工冷硬铸铁(HS71—73)时的磨损曲线左图是几种陶瓷刀具材料在加工冷颁铸铁(HS71—73)时的磨损曲线。由因可知，复合氮化硅陶瓷刀具有着较高的耐磨性。CompanyLogo（2）赛龙(Sialon)复相陶瓷刀具由于碳化钛和氯化硅的线膨胀系数相整较大，高速切削时因刀尖温度急剧升高，会产生较大的热应力，降低刀具的使用寿命。为此许多国家又研究开发了以Si3N4为硬质相、Al2O3为耐磨相、添加少量Y2O3作烧结助剂经热压烧结制备一种Si3

7、N4复合陶瓷刀具－赛龙陶瓷刀具。CompanyLogo如美国生产的Sialon牌号KY3000，成分为：77％Si3N4、13％Al2O3、10％Y2O3，硬度达HV1800，弯曲强度达1．2GPa。KY3000陶瓷刀片在高速下切削镍基高温合金时，材料切除率是涂层硬质合金刀具的七倍。此外，还有Si3N4–WC-ZrO2复合陶瓷刀具、Si3N4晶须增韧陶瓷刀具CompanyLogo（3）金属陶瓷刀具金属陶瓷是一种既像钢铁一样的坚硬义像陶瓷一样耐高温、耐腐蚀的复合材料．它兼有金属和陶瓷两种材料的优点。TiC—TiN金属陶瓷是一种理想的刀具材料，该

8、材料具有很好的耐磨性和韧性，可用于铣刀的加工中。CompanyLogo为了制得性能优良的金属陶瓷，首要的问题是找到好的胶黏剂。对于TiC，发现只有Ni、Co、Cr、