1、用陶瓷材料做刀具

　　在金属材料机械加工中, 切削加工是最基本、最可靠的精密加工手段, 刀具材料的性能对切削加工效率、精度、表面质量、刀具寿命有着决定性的影响。在现代切削加工中, 陶瓷刀具材料以其优异的耐热性、耐磨性和化学稳定性, 在高速切削领域和切削难加工材料方面扮演着越来越重要的角色。陶瓷刀具材料主要包括氧化铝、氮化硅及赛隆系列。其他陶瓷材料, 例如氧化锆、硼化钛陶瓷等作为刀具材料也有使用。

　　2、氧化铝系列

　　纯的氧化铝陶瓷含 Al 2 O 3 99% 以上, 强度低, 抗热震性及断裂韧性较差, 切削时易崩刃, 故没有广泛使用。碳化物、氮化物和硼化物材料具有很高的强度和硬度, 可以作为 Al 2 O 3 陶瓷中的增强相。这类物质包括TiC、TiN、TiB 2 、Ti( CN) 、WC、ZrC 等。采用重复热压工艺制备Al 2 O 3 - Ti( CN) 刀具材料, 抗弯强度可达 820MPa, 断裂韧性7. 4MPa#m1P2 , 维氏硬度 20. 4GPa。切削试验表明: 此种材料适合连续切削铸铁和硬化钢, 尤其适合间歇切削硬化钢。晶须是一种广泛使用的增强增韧陶瓷材料, 增强Al 2 O 3 使用的主要是 SiC、Si 3 N 4 晶须。SiC 晶须在Al 2 O 3基体中起加强棒的作用, 并使应力在基体内分散。这种陶瓷刀具断裂韧性、强度和硬度都比较高, 非常适合加工镍基耐热合金及较低的切削速度加工各种铸铁和非金属脆性材料。Si 3 N 4 晶须加入到 Al 2 O 3 基体中可以提高陶瓷的抗热冲击性, 适合切削镍铬铁耐热合金材料氧化锆相变增韧是一种广泛使用的增韧工艺。在Al 2 O 3 材料中加入15% 部分稳定的氧化锆, 1 550 e 真空烧结 2 h, 制备出 ZrO 2 - Al 2 O 3 复合材料, 断裂韧性8. 2MPa#m1P2 , 抗弯强度可达 884MPa。这类陶瓷刀具具有较好的韧性和抗热冲击性, 但耐磨性较差, 主要用于铸铁和合金的粗加工。

　　3、 氮化硅系列

　　氮化硅材料是在氧化铝材料以后出现的一种刀具材料。它比氧化铝材料的强度和断裂韧性高, 其抗弯强度一般可达 900~ 1 000MPa, 断裂韧性 5~ 7MPa#m1P2 , 硬度 91~ 93HRA, 耐热性可达1 300~ 1 400 e , 不易产生裂纹, 可以获得稳定的使用寿命。采用热压自增韧的方法可以进一步提高氮化硅陶瓷的强度和韧性, 即控制烧结过程, 使一部分氮化硅晶粒发育成具有较大长径比的棒状晶粒( 晶粒的长径比可达 3~ 8) , 从而获得类似于晶须增韧的效果, 断裂韧性可达 10. 02MPa#m1P2 。这种自增韧陶瓷刀具是一种适合切削冷硬铸铁和淬硬钢的刀具材料, 特别适合于断续切削。在氮化硅基体中添加适量金属碳化物等复合强化剂, 利用复合强化效应制成的氮化硅复合陶瓷, 其性能比热压氮化硅陶瓷优越得多。在 Si 3 N 4 中添加 Al 2 O 3 、Y 2 O 3 、TiC、TiN 和MgO 等成分, 可以采用冷压烧结而降低成本。B- 赛隆就是在 Si 3 N 4 中加入 Al 2 O 3 烧结而成, 兼有 Al 2 O 3 和 Si 3 N 4 的特性, 其热硬性比硬质合金和Al 2 O 3 都高, 刀尖温度高于 1 000 e 时仍可高速切削。其最大特点是可提高切削速度, 加大进给量, 提高

　　金属切削率, 延长刀具寿命。纳米材料是近年来研究的热点, 广泛应用到材料科学的各个方面。以Si- C- N 纳米微粉为增强相, 以Si3 N4 为基体, Y2 O3 、La2 O3 为烧结助剂, 采用热压法制备了SiCp - Si3N4  纳米复相陶瓷。其室温、高温力学性能比氮化硅单相陶瓷有较大提高, 断裂韧性分别为11.78Mpam1/2 和14.69Mpam1/2 (1350℃)抗弯强度分别为934 MPa 和 696 MPa( 温度 1 350℃)

　　4、用陶瓷材料做轴承

　　传统的轴承多采用金属制成, 以油作为润滑介质。但在使用中有许多缺点, 如不适用于高温、高速、有化学腐蚀的场合, 油润滑易泄漏污染环境等。采用陶瓷材料制造轴承可以弥补金属轴承的不足。