复合陶瓷刀具（精选八篇）
复合陶瓷刀具 篇1
技术特点
密度6.0 g/cm3, 硬度≥92 HRA, 横向断裂强度≥2 000 MPa, 热膨胀系数9.0×10-6K-1, 热导率10W·m-1·K-1。
市场预测
随着我国汽车等机械制造业的发展及高速切削技术和干切削技术的推广, Ti (C, N) 基金属陶瓷刀具在我国刀具市场的占有率会逐年上升, 并由于亚微米和纳米复合金属陶瓷刀具材料具有许多优异的性能, 因此, 在机械制造业领域有重要的应用前景。
单位:华中科技大学
地址:湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号
陶瓷基复合材料（范文） 篇2
涂秋梅
（中国计量学院材料科学与工程学院，浙江 杭州 310018）
摘要
陶瓷基复合材料不是传统意义上的陶瓷，它是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料，通过往陶瓷材料中加入起增韧作用的第二相而增加陶瓷的韧性来克服传统陶瓷脆性差的缺点，使得陶瓷基复合材料成为了人们广泛的研究热点，也使陶瓷基复合材料展现出了广泛的应用前景。本文综述了陶瓷基复合材料的研究现状，阐述了复合陶瓷材料的特点，介绍了陶瓷基复合材料的应用领域。
关键词：陶瓷基复合材料；研究现状；特点；应用领域
Research and Prospect of composite ceramic
Qiumei Tu(College of Material Science and Engineering, China Jiliang University，Zhejiang Hangzhou 310018)
Abstract Ceramic matrix composite materials is not the traditional sense of ceramics, it is a kind of composite material with ceramic composite matrix with various fiber, the second phase in ceramic materials are added to the toughening effect and increase the toughness of ceramic to overcome the traditional shortcomings make the brittleness of ceramic, ceramic matrix composites becomes a research hotspot extensive, also make the ceramic matrix composites showed wide application prospect.This paper summarized the present research situation of ceramic matrix composites, expounds the characteristics of composite ceramic materials, introduces the field of application of Tao Ciji composites.Keywords: ceramic matrix composites;research status;characteristics;application 0.前言
近些年新材料的世界市场正以两倍于整个世界经济增长速度而发展。其中陶瓷基复合材料的发展尤为瞩目。同金属材料相比,陶瓷材料在耐热性、耐磨性、抗氧化、抗腐蚀以及高温力学性能等方面都具有不可替代的优点，它克服了一般陶瓷的脆性，其应用已涉及到空间探索、科研、生产、建设的各个领域[1]。
1.陶瓷基复合材料的概况
陶瓷基复合材料不是传统意义上的陶瓷，陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。陶瓷基体可为氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷。这些先进陶瓷具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能，而其致命的弱点是具有脆性，处于应力状态时，会产生裂纹，甚至断裂导致材料失效。而采用高强度、高弹性的纤维与基体复合，则是提高陶瓷韧性和可靠性的一个有效的方法。纤维能阻止裂纹的扩展，从而得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料。
2.陶瓷基复合材料的增韧技术[2]
陶瓷基复合材料中的增强体通常也称为增韧体。从几何尺寸上可分为纤维（长、短纤维）、晶须和颗粒三类。2.1纤维增韧
为了提高复合材料的韧性，必须尽可能提高材料断裂时消耗的能量。任何固体材料在载荷作用下(静态或冲击)，吸收能量的方式无非是两种：材料变形和形成新的表面。对于脆性基体和纤维来说，允许的变形很小，因此变形吸收的断裂能也很少。为了提高这类材料的吸能，只能是增加断裂表面，即增加裂纹的扩展路径。
纤维的引入不仅提高了陶瓷材料的韧性，更重要的是使陶瓷材料的断裂行为发生了根本性变化，由原来的脆性断裂变成了非脆性断裂。纤维增强陶瓷基复合材料的增韧机制包括基体预压缩应力、裂纹扩展受阻、纤维拔出、纤维桥联、裂纹偏转、相变增韧等[3,4]。
能用于增强陶瓷基复合材料的纤维种类较多，包括氧化铝系列(包括莫来石)、碳化硅系列、氮化硅系列、碳纤维等，除了上述系列纤维外，目前正在开发的还有BN、TiC、B4C等复相纤维[5]。
纤维拔出是纤维复合材料的主要增韧机制，通过纤维拔出过程的摩擦耗能，使复合材料的断裂功增大，纤维拔出过程的耗能取决于纤维拔出长度和脱粘面的滑移阻力，滑移阻力过大，纤维拔出长度较短，增韧效果不好，如果滑移阻力过小，尽管纤维拔出较长，但摩擦做功较小，增韧效果也不好，反而强度较低。纤维拔出长度取决于纤维强度分布、界面滑移阻力。2.2晶须增韧
陶瓷晶须是具有一定长径比且缺陷很少的陶瓷小单晶，因而具有很高的强度，是一种非常理想的陶瓷基复合材料的增韧增强体[6]。陶瓷晶须目前常用的有SiC晶须，Si3N4晶须和Al2O3晶须。基体常用的有ZrO2、Si3N4、SiO2、Al2O3和莫来石等。
晶须增韧陶瓷基复合材料的主要增韧机制包括晶须拔出、裂纹偏转、晶须桥联、其增韧机理与纤维增韧陶瓷基复合材料相类似。晶须增韧效果不随温度而变化，因此，晶须增韧被认为是高温结构陶瓷复合材料的主要增韧方式。晶须增韧陶瓷复合材料主要有2种方法[7]。(1)外加晶须法：即通过晶须分散、晶须与基体混合、成形、再经煅烧制得增韧陶瓷。如加入到氧化物、碳化物、氮化物等基体中得到增韧陶瓷复合材料，此法目前较为普遍；(2)原位生长晶须法：将陶瓷基体粉末和晶须生长助剂等直接混合成形，在一定的条件下原位合成晶须，同时制备出含有该晶须的陶瓷复合材料，这种方法尚未成熟，有待进一步探索。2.3颗粒增韧
用颗粒作为增韧剂，制备颗粒增韧陶瓷基复合材料，其原料的均匀分散及烧结致密化都比短纤维及晶须复合材料简便易行。因此，尽管颗粒的增韧效果不如晶须与纤维，但如颗粒种类、粒径、含量及基体材料选择得当，仍有一定的韧化效果，同时会带来高温强度、高温蠕变性能的改善。所以，颗粒增韧陶瓷基复合材料同样受到重视，并开展了有效的研究工作。从增韧机理上分，颗粒增韧分为非相变第二相颗粒增韧、延性颗粒增韧、纳米颗粒增韧[8]。
非相变第二相颗粒增韧主要是通过添加颗粒使基体和颗粒间产生弹性模量和热膨胀失配来达到强化和增韧的目的。延性颗粒增韧是在脆性陶瓷基体中加入第二相延性颗粒来提高陶瓷的韧性，一般加入金属粒子。金属粒子作为延性第二相引入陶瓷基体内，不仅改善了陶瓷的烧结性能，而且可以以多种方式阻碍陶瓷中裂纹的扩展，如裂纹的钝化、偏转、钉扎及金属粒子的拔出等，使得复合材料的抗弯强度和断裂韧性得以提高。Al2O3-10%(体积分数)Ni3Al复合材料中的断裂主要是沿晶断裂，Ni3Al颗粒的存在使裂纹发生偏转，如图1(a)。图1(a)所示的材料室温下断裂韧性值为7 MPa·m1/2。复合材料中裂纹在扩展过程中碰到紧邻的长条状Ni3Al颗粒后发生明显的偏转从而减小了裂纹扩展的驱动力，提高了复合材料的韧性。而图1(b)所示的材料的断裂韧性值仅为3 MPa·m1/2，对Al2O3陶瓷基本起不到增韧的效果。这是因为球状的Ni3Al对促使裂纹偏转作用很小。由此可见第二相对裂纹偏转的程度取决于其颗粒形状。颗粒的长径比越大，对裂纹偏转作用越明显，阻止其扩展的能量越大，直到阻止其继续扩展。因此为了显著地提高复合材料的断裂韧性，应该合理地选择第二相颗粒的长径比[9]。
图1 Ni3Al颗粒对裂纹偏转的作用(b)长条状Ni3Al颗粒；(b)球状Ni3Al颗粒
另外，在图1中还可以明显的看出裂纹的弯曲，当裂纹经过颗粒时，其尖端在颗粒出发生弯曲，形状改变，裂纹长度的增加和新裂纹表面的形成都会消耗能量，从而达到提高复合材料韧性的效果。第二相增韧颗粒从微米级减小到亚微米或纳米时，材料的性能同样会发生显著变化，纳米复相陶瓷便应运而生。在实现陶瓷的完全纳米化比较困难的情况下，纳米复合增韧则是一种非常切实可行的技术。
2.陶瓷基复合材料的成型[1]
陶瓷基复合材料的成形方法分为两类：一类是针对陶瓷短纤维、晶须、颗粒等增强体，复合材料的成形工艺与陶瓷基本相同，如料浆浇铸法、热压烧结法等；另一类是针对碳、石墨、陶瓷连续纤维增强体，复合材料的成形工艺常采用料浆浸渗法、料浆浸渍后热压烧结法和化学气相渗透法。料浆浸渗法是将纤维增强体编织成所需形状，用陶瓷浆料浸渗，干燥后进行烧结。该法的优点是不损伤增强体，工艺较简单，无需模具。缺点是增强体在陶瓷基体中的分布不大均匀。
料浆浸渍热压成形法是将纤维或织物增强体置于制备好的陶瓷粉体浆料里浸渍，然后将含有浆料的纤维或织物增强体布成一定结构的坯体，干燥后在高温、高压下热压烧结为制品。与浸渗法相比，该方法所获制品的密度与力学性能均有所提高。
气相渗透工艺是将增强纤维编织成所需形状的预成形体，并置于一定温度的反应室内，然后通入某种气源，在预成形体孔穴的纤维表面上产生热分解或化学反应沉积出所需陶瓷基质，直至预成形体中各孔穴被完全填满，获得高致密度、高强度、高韧度的制件。
3.陶瓷基复合材料的应用前景
目前有将陶瓷基复合材料用作耐磨材料，做轴承、刀具等。复合材料的应用是十分广泛，几乎包括日常生活、化学工业、机械、电子、石油、食品、航空航天、国防等各个部门与领域。陶瓷基复合材料已实用化或即将实用化的领域有刀具、滑动构件、发动机制件、能源构件等。法国已将长纤维增强碳化硅复合材料应用于制造高速列车的制动件，显示出优异的摩擦磨损特性，取得满意的使用效果。连续纤维补强陶瓷基复合材料(Continuous FiberReinforced Ceramic Matrix Composites，简称CFCC)是将耐高温的纤维植入陶瓷基体中形成的一种高性能复合材料。由于其具有高强度和高韧性，特别是具有与普通陶瓷不同的非失效性断裂方式，使其受到世界各国的极大关注。连续纤维增强陶瓷基复合材料已经开始在航天航空、国防等领域得到广泛应用[10,11]。20多年来，世界各国特别是欧美以及日本等对纤维增强陶瓷基复合材料的制备工艺和增强理论进行了大量的研究，取得了许多重要的成果，有的已经达到实用化水平。如法国生产的“Cerasep”可作为“Rafale”战斗机的喷气发动机和“Hermes”航天飞机的部件和内燃机的部件[4]；SiO2纤维增强SiO2复合材料已用作“哥伦比亚号”和“挑战者号”航天飞机的隔热瓦[5]。由于纤维增强陶瓷基复合材料有着优异的高温性能、高韧性、高比强、高比模以及热稳定性好等优点，能有效地克服对裂纹和热震的敏感性。
4.总结
新型材料的开发与应用已成为当今科技进步的一个重要标志，陶瓷基复合材料使材料的韧性大大改善，同时其强度、模量有了提高。陶瓷基复合材料具有优异的耐高温性能，主要用作高温及耐磨制品，其最高使用温度主要取决于基体特征，并显示出优异的摩擦磨损特性，取得满意的使用效果，陶瓷基复合材料已实用化，它正以其优良的性能引起人们的重视。目前，陶瓷基复合材料几乎遍及现代科技的每一个领域。可以预见，随着对其理论问题的不断深入研究和制备技术的不断开发与完善，它的应用范围将不断扩大，应用前景十分广阔。参考文献：
复合陶瓷刀具 篇3
关键词：新型,复合陶瓷刀具,改革,机械加工
随着科学技术的不断发展, 为工业和机械加工工艺等都带来了一系列的改革, 同时, 这也就对在机械加工过程中的要求提出了更高的要求, 尤其是对于机械加工中如何使生产成本降低、如何提高加工生产率的要求也大大的提高了, 再加上数控机床的迅猛发展, 各种具有超硬度、高硬度、高强度、耐磨、耐高温等特性的具有高难度的切削材料也在不断地增加。在当代的加工过程中, 国内外对新型复合陶瓷刀具的广泛应用也在一定程度上说明了新技术正在不断地发展。
1 陶瓷刀具的种类和性能
1.1 陶瓷刀具的种类
1.1.1 氮化硅基陶瓷刀具。
在70年代的时候就新研制出一种新型的刀具材料, 也就是氮化硅基陶瓷刀具, 其是以高纯度的氮化硅基作为原料, 在氮化硅基中加入适量的碳化物晶体通过热压挤压而成, 以此来提高刀具的抗断裂韧性。氮化硅基陶瓷刀具在对于高锰钢、轴承钢和高铬钢等进行切削加工的时候具有良好的效果。
1.1.2 氧化铝基陶瓷刀具。
一般情况下, 氧化铝基陶瓷刀具主要包括纯氧化铝陶瓷、氧化铝-碳化物系陶瓷、氧化铝-金属系陶瓷和氧化铝-碳化物-金属系陶瓷几种。纯氧化铝陶瓷基本上是在具有99.9%纯度以上的氧化铝中增加一些玻璃氧化物而进行热压或冷压而制成的;氧化铝-碳化物系陶瓷是一种使用性能比较好、发展比较快的陶瓷刀具, 其是在氧化铝中添加定量的碳化物在热压的条件下烧结而制成的, 其具有相当高的硬度和抗弯强度;氧化铝-金属系陶瓷是在氧化铝中添加少量的金属元素而制成金属陶瓷的, 其抗氧化性能比较差, 在切削加工中较少采用;氧化铝-碳化物-金属系陶瓷是在氧化铝-碳化物中添加少量的金属从而提高氧化铝陶瓷工具的使用性能。
1.2 陶瓷刀具的性能
1.2.1 氮化硅基陶瓷刀具性能。
氮化硅基陶瓷刀具具有非常高的硬度, 其独特的耐磨性、化学稳定性、耐热性和耐冲击性使其在切削加工中具有很大的发展前景。一般来说, 氮化硅基陶瓷的抗弯强度可以达到900-1000MPa, 而氮化硅基与其他一般的金属元素发生化学反应比较小, 并且氮化硅基还具有良好的抗氧化, 耐冲击性也是其他元素的2-3倍。
1.2.2 氧化铝基陶瓷刀具性能。
氧化铝基陶瓷刀具比传统的陶瓷刀具具有更好的耐热性和耐磨性, 其在高温条件下的化学稳定性比传统的陶瓷刀具都要好得多, 且与铁元素之间不易发生化学反应和相互扩散的现象出现, 因此, 氧化铝对于基本的各种金属材料都能进行切削加工。由于陶瓷里的主要组成元素就是氧化铝, 因此, 在陶瓷工具和陶瓷物中大量的存在着铝元素, 而氧化铝与金属铝之间具有较强的亲和力, 因此, 在加工和切削铝合金之类的材料的时候, 氧化铝基陶瓷刀具会产生较大的磨损, 因此对于铝合金之类的材料不宜应用氧化铝基陶瓷刀具进行切削加工。
2 新型复合陶瓷刀具为传统机械加工工艺带来的变化
随着加工产业的不断发展, 在工业生产过程中最为广泛、最为重要的基本加工工艺就是切削加工, 切削加工工艺对于工业生产中的能源消耗、生产所需的成本和生产的效率具有最直接的影响, 因此, 新型复合陶瓷刀具作为新型刀具出现在工业加工工艺中, 为传统的机械加工工艺改革带来了巨大的变化。
2.1 三氧化二铝元素作为基础原料大量存在于地壳中, 新型复合陶瓷刀具大量采用具有丰富元素的三氧化二铝, 大大的节省了其他稀有的贵金属元素。
2.2 新型复合陶瓷刀具可以实现对于一些具有高硬特性的材料进行高速的切削, 从而大大的简化了传统的机械加工工艺的时间和内容, 使材料的加工效率提高了3-10倍, 取得了高效率、省时、省电、省地和省物良好效果。
2.3 新型复合陶瓷刀具对于传统的机械加工刀具无法进行加工或是难以加工的过硬原料都可以进行加工, 从而可以避免和节省使用退火加工而产生的电力, 对于工件的硬度也在一定程度上得到提高, 使原本的机器设备的使用寿命得到延长。
2.4 新型复合陶瓷刀具不仅能够进行断续切削、铣削、刨削等具有巨大冲击力的材料进行加工, 还能够对超硬材料进行加工, 其加工的粗精质量和外观都得到广泛的许可。
3 新型复合陶瓷刀具在切削加工中切削原理和应用
3.1 新型复合陶瓷刀具在切屑加工中的切削原理。
经过近年来在各个加工企业和加工工厂中的应用, 再一次体现了新型复合陶瓷刀具在生产加工过程中是一种不可缺少的切削工具, 给传统的机械加工工艺带来了革命性的变化。在过去, 传统的机械加工工艺中所使用的陶瓷刀具不管是在配料、粘结剂或是温度等方面没有进行全面充分的考虑, 使陶瓷刀具的材料无法从根本上得到质的飞跃;也由于在工艺和原材料上的忽视, 使传统陶瓷刀具无法解决其的强硬度问题, 而使加工过程中出现大量的消耗。
新型复合陶瓷刀具出于对实际生产中所出现的问题考虑, 从而提高了切削加工工艺的效率。新型复合陶瓷刀具主要是以三氧化二铝为骨架, 能够在高温下对其进行加压而使它们形成一个比较牢固的具有高强度高硬度的固溶体, 其切削原理主要是以具有高深度高内涵的高温烧结原理为依据, 进行摆兵布阵从而使陶瓷刀具的刀片具有良好的质量。
3.2 新型复合陶瓷刀具在切削加工中的应用。
由于受到科学技术不断发展的作用, 陶瓷刀具的加工性能也在不断地提高, 由于其具有的独特高强度、高硬度等的特性, 使其在切屑加工的工艺中得到广泛的应用。新型复合陶瓷刀具能够使用的原材料和工件材料主要有各种钢材。包括高强度钢、合金钢、炮钢等;各种铸铁, 包括高强度铸铁、硬铸铁、灰铸铁等;还包括其他的一些耐热、耐磨的钢合金、有色金属、铝合金、非金属、硬橡胶等原材料的切削加工。新型复合陶瓷刀具在对于上述原材料进行切削的时候, 刀具的切削速度和刀具的耐用度是传统陶瓷刀具的几倍以上, 其使得加工企业、加工工厂的加工成本大大的降低, 而加工的效率却不断地提高。新型复合陶瓷刀具不仅能够适用于普通的切削加工工艺中而且还能在具有巨大冲击力作用下进行加工切削, 对于铣削、车削、刨削、镜削等都有很大的作用。
4 结论
近年来, 随着社会改革的不断发展, 工业产业在一定程度上迅速的发展, 国内的陶瓷刀具也紧跟着快速的发展, 不断的增多品种和不断的提高性能, 使得高速切削工艺在硬切削和干切削的应用也逐步的增多。通过大量的应用新型复合陶瓷刀具所特有的切削能力和复合陶瓷刀具具有的硬度, 对于一些在加工过程中难以加工的材料得到了解决, 从而促使经济效益不断地提高。由于复合陶瓷刀具不单单能够对超硬度材料进行加工, 使其粗精加工明显, 而且还可以对一些具有巨大冲击力的刨削、铣削进行加工。复合陶瓷刀具已经逐渐的成为了我国机械工业中机械加工的重点, 在机械工业加工过程中得到广泛的应用从而促使我国的传统机械加工工艺的改革迈出了新一步。
参考文献
[1]孙和.陶瓷刀具研究及应用分析[J].中国科技信息, 2012 (4) .
[2]宫笃箎.浅议陶瓷刀具材料的性能与应用[J].科技致富向导, 2012 (30) .
[3]刘含莲, 黄传真, 朱洪涛, 邹斌.Al203基纳米复合陶瓷刀具切削不锈钢的实验研究[J].制造技术与机床, 2011 (1) .
[4]吴连富.组合陶瓷刀具在生产中的应用[J].中国科技纵横, 2011 (21) .
陶瓷刀具研究及应用分析 篇4
1. 氧化铝基 (AL2O3) 陶瓷刀具
由于氧化铝基 (AL2O3) 陶瓷刀具具有比通常刀具要求的更好的耐磨性耐热性, 且其高温化学稳定性比一般刀具更好, 又不易于和铁元素之间发生相互扩散或化学反应, 在使用中其耐磨性和耐热性均比碳化硅基 (Si3N4) 陶瓷刀具要好, 因而氧化铝基陶瓷刀具应用最广泛, 基本对于各类金属材料都可以切削加工。在AL2O3基陶瓷刀具中添加TIC.TIN和SIC等作变质剂, 都可使AL2O3基陶瓷刀具材料变为更耐高温。
由于陶瓷的主要成份就是AL2O3, 因此瓷陶具中含有大量的铝元素。氧化铝和金属铝存在较大的亲和力, 故在加工和切削铝及铝合金这类材料时, AL2O3基陶瓷刀具会出现加大的粘接磨损。AL2O3/TIC和AL2O3 (W, TI) C等陶瓷刀具中含有铝及钛元素, 也会出现以上问题, 因此, 这类刀具都不适合于加工铝和钛及其合金。
有碳化硅 (SIC) 增韧的AL2O3刀具, 在加工镍基合金时, 会表现出优良的切削性能, 但是在加工钢时, 会因为Fe和SIC发生反应而使刀具材料急剧磨损。用含有SIC的陶瓷刀具加工淬硬钢时, 刀具中的SIC很容易在切削高温作用下与工件中的Fe发生化学反应。如果切削速度越高, 切削温度也进一步提高。在物化原理分析上, SIC晶须与Fe反应晶须, 使原有的硬度和耐磨性能降低, 晶须与基体的结合强度会削弱, 结果将造成晶须在磨粒作用下很快脱落, 从即使晶须的增韧作用减弱。
由于高温作用, 陶瓷刀具还会产生溶解磨损。在切削过程中铁在1327℃时产生不同的溶解度。经分析, 得的结论是, A L2O3和Z R O2在铁中的溶解度最小。溶解度由大到小的顺序为:SiC→Si3N4→TiC→TiN→AI2O3→ZrO2。在高温下Sic在Fe中的溶解度比TIC和TIN的溶解度高两个数量级以上。Fe和SIC晶须的化学反应及相互溶解, 使刀具材料中Fe元素含量不断增加, 就会进一步增大刀具与工件粘着倾向, 这对刀具的耐磨性能不利。通过研究表明, 添加了SIC的AL2O3基陶瓷刀具, 只适于加工镍基类高温合金, 以及纯镍和高镍合金等, 但又不适于加工钢和铸铁类金属。
含有ZrO2的AAL2O3陶瓷刀具, 其室温性能优良, 在高温的化学稳定性较好, 与Fe的溶解度很小, 不易扩散和溶解, 结果这类刀具具有较高的耐磨性能。然而在高温下 (高于1170℃时) ZrO2的增韧效果会显著减小。其原因是:当ZrO2增韧陶瓷的磨损行为与摩擦表面热诱导相变密切相变, 使陶瓷表面产生了张应力, 从而诱发裂纹的产生与扩展, 导致磨损的加剧。结论是, AL2O3/ZrO2陶瓷刀具只适用于低温低速而不适合于高温高速或超高速的切削。
2. 氮化硅基 (Si3N4) 陶瓷刀具
Si3N4基陶瓷刀具是在Si3N4基体中加入一定量的碳化物晶须而成, 以提高陶瓷刀具的断裂韧性。比如, 刀片在Si3N4基体中加入了弥散颗粒TiC。或加入一定量的Sic, 都有较好的使用性能。也有一些切削专家认为, 用Sic晶须增韧的陶瓷刀具切削钢材效果不如AL2O3基复合陶瓷刀具, 因此不推荐作为加工钢材的刀具。但是我国生产的改进型这类刀具, 在切削淬硬钢、高锰钢、高铬钢和轴承钢时具有较好的效果。
3. 金属基刀具材料。
3.1 涂层金属陶瓷刀具
目前图层金属陶瓷刀具发展非常迅速。涂层分为硬质涂层和软涂层, 前者主要是金属碳氮化物。包括TiN、TiC、Ti (CN) 、TiALN、CrN、CrC等, 其中TiN的工艺最成熟, 应用最广泛。硬涂层主要是提高其硬度和耐磨性。一般可进行多层复合涂层。后者主要是MoS基涂层, 可以降低摩擦系数。另外, 软硬涂层可以复合使用。涂层刀具的出现, 使刀具刀具切削性能有了重大的突破, 应用领域有了不断扩大, 涂层刀具在数控加工领域有巨大潜力, 将是今后数控加工领域中最重要的刀具品种。目前, 国外硬质合金可转为刀片的涂层比例在90%以上。涂层技术已应用于立铣刀、铰刀、钻头、复合孔加工刀具、齿轮滚刀、插齿刀、剃齿刀、成形拉刀及各种机夹可转为刀片, 满足高速切削加工各种钢和铸铁、耐热合金和有色金属等材料的需要。
3.2 钛基金属陶瓷工具
以TiC和TiN组成的YG、YT、YW类合金, 也叫硬质合金的烧结碳化, 它是陶瓷和金属的复合材料。在当今数控材料中占主导地位, 覆盖大部分的常规加工领域。即可用于加工各种铸铁、金属和非金属材料, 也适用于加工各种钢材和耐热合金等。硬质合金既可用于制造各种机类可转位刀具, 也可制造各种尺寸较小的整体复杂刀具, 如整体式立铣刀、铰刀、丝锥、铝头、符合孔加工刀具和齿轮滚刀等。
在这类陶瓷和金属的以TiC为主要成分的合金, 其硬度与耐热性接近陶瓷, 而抗弯强度和断裂韧性比陶瓷高, 其中金属碳化物是硬质相, 一般占80%以上;其与为铁、钴、镍等金属相, 作为粘结剂。目前, 国外硬质合金可转为刀片的涂层比例在70%以上, 欧州齿轮刀具的涂层比例可达90%。
此类硬质合金即金属陶瓷刀具硬度高, 强度低, 韧性低, 所以不宜有强烈冲击和振动, 但其导热性, 耐热性, 抗粘结性和化学稳定性却比高速钢好数倍, 应用领域不断扩大, 在现今的数控领域有巨大潜力, 也将成为今后数控加工领域中最重要的刀具品种。
YG类合金主要用于加工铸铁、有色金属和非金属材料。细晶粒硬质合金 (如YG3X、YG6X) 在含钴量相同时比中晶粒的硬度和耐磨性要高些, 适用于加工一些特殊的硬铸铁、奥氏不锈钢、耐热合金、钛合金、硬青铜和耐磨的绝缘材料等。
YT类硬质合金的突出优点是硬度高、耐热性好、高温时的硬度和抗压强度比YG类高、抗氧化性能好。因此, 当要求刀具有较高的耐热性及耐磨性时, 应选用TiC含量较高的牌号。YT合金适用于加工塑性材料如钢材, 但不宜加工钛合金及硅铝合金。
YW类合金兼具YG、YT类合金的性能, 综合性能好, 它即可用于加工刚材, 又可用于加工铸铁和有色金属。这类合金如适当增加钴含量, 强度可很高, 可用于各种难加工材料的粗加工和断续切削
TiC (N) 基硬质合金既具有陶瓷的高硬度和耐热性, 又具有硬质合金的高强度, 既可用于可转为刀片也能用于焊接, 且化学稳定性好, 具有优异的抗氧化性和抗粘结性, 加工时与刚到摩擦系数小, 抗弯强度和断裂韧性高, 其功能几乎覆盖大部分硬质合金的使用范围。因此, TiC (N) 基硬质合金可作为高速切削加工刀具材料, 不仅可用于精加工, 而且也扩大到半精加工、粗加工和断续切削。用于精车时, 切削速度比普通硬质合金提高20%～50%。在钢的高速切削, 特别是对表面粗糙度要求较低的粗加工和半精加工中, TiC (N) 基合金是最好的。目前TiC (N) 基硬质合金各种机夹可转位车刀、镗刀、铰刀、铣刀、复合孔加工数控刀具及整体式立铣刀、铰刀等数控刀具正在应用于高强度、高硬度钢和铸铁及各种耐热合金零部件自动生产线上, 以满足高速、高效、硬质、干 (湿) 式精密加工技术要求。
超细晶粒硬质合金具有硬度高, 强度、韧性、抗热冲击性能好等优异性能, 因而即使在低速或断续切割等加工条件下, 切削刃也不易产生崩刃或破损。用其制造的小规格整体硬质合金刀具, 如钻头 (Φ2～Φ20mm) 、立铣刀 (Φ0.25～Φ20mm) 和丝锥等, 切削速度可成倍提高。因此, 超细晶粒硬质合金实用与制造尺寸较小的整体复杂硬质合金刀具, 可大幅度提高切削速度。可用于加工各种高强度钢、耐热合金、耐热不锈钢以及各种喷涂焊和堆焊材料等难加工材料。
近几年来, 国内陶瓷刀具的发展十分迅速, 品种增多, 性能提高。随着高速切削干切削和硬切削应用的增多, 今后陶瓷必将得到更大的发展。
参考文献
[1]艾兴.萧虹编著.陶瓷刀具切削加工.北京;机械工业出版社, 1988
[2]肖诗刚编著.刀具材料及其合理选择.北京;机械工业出版社, 1990
[3]艾兴.赵军.推行陶瓷刀具研究走上国际先进行列.中国机械工程, 1999
[4]邓建新.艾兴.陶瓷刀具加工磨损机理.硅酸盐学报, 1997.25 (2) ;192～196
氧化锆生物陶瓷铣削的刀具磨损 篇5
完全烧结氧化锆陶瓷组织致密、质地坚硬，作为口腔修复体材料在口腔修复领域受到广泛关注。氧化锆陶瓷用于口腔修复时，为了降低加工难度，目前基本采用以下工艺流程:在850℃炉温下预烧结氧化锆瓷块(瓷块结构疏松、易于切削加工)，铣削预烧结氧化锆瓷块成形，瓷块再在1450℃炉温下完全烧结(烧结温度的提高使组织致密，体积缩小约20%)[1,2]。上述工艺中完全烧结工序的体积缩小效应会影响口腔修复体的最终尺寸精度，并且工序繁琐、加工效率低，因此研究直接铣削加工完全烧结氧化锆陶瓷的工艺具有一定的现实意义。
完全烧结氧化锆陶瓷由于硬脆特性而难以切削加工，主要表现在刀具磨损很快并且刀具磨损会影响加工表面质量。当前国内外完全烧结氧化锆陶瓷铣削加工的研究较少并且处于初步阶段，基本限于微细加工领域[3,4,5,6]。本文采用聚晶金刚石(PCD)刀具进行铣削实验，每切削一定长度即采用光学显微镜和扫描电镜对刀具和切削表面的微观形貌进行观测，同时使用三维动态测力仪测量切削力。研究了刀具磨损对切削表面形貌、切削力的影响，探讨了刀具磨损带的扩展过程及其磨损机理，以期为超硬刀具铣削完全烧结氧化锆陶瓷工艺的应用提供依据。
1 实验条件及方案
完全烧结氧化锆陶瓷试样的尺寸为14 mm×10 mm×3 mm，其组成成分见表1，性能参数见表2。刀具采用机夹式单刀片PCD刀具，其几何参数见表3。
实验机床为Mikron UCP800 Duro加工中心。采用Kistler 9257B三向测力仪进行测力，测力灵敏度X向、Y向均为-7.5 p C/N,Z向为-3.7 p C/N，测力采样频率为10 k Hz。使用Quanta FEG250扫描电子显微镜对刀具磨损微观形态和切削加工表面进行观测。采用Nikon ECLIPSE LV150金相显微镜(放大倍数取50倍)进行刀具磨损演变观测及刀具磨损量测量。在刀具后刀面磨损带上取8处测量宽度，如图1所示，取其平均值作为刀具磨损量，每切削10次(切削长度为140 mm，切削时间为76.36 s)测量后刀面磨损量。采用LABRAM-HR型激光共焦显微拉曼光谱仪对刀具后刀面进行物相分析，其拉曼偏移分辨率为0.6 cm-1。实验过程中不加切削液。
主轴转速n、径向切深ae、轴向切深ap以及进给速度vf分别取2000 r/min、0.1 mm、3mm、110 mm/min。实验布置如图2所示，图2中FX、FY和FZ分别为刀具作用于试样的径向力、切向力和轴向力。
2 实验结果与分析
2.1 刀具磨损带的扩展
图3为刀具后刀面磨损带在不同切削长度L下的光学显微镜照片，可以看出刀具磨损带从刀刃逐渐往后刀面扩散，而且扩散程度不均匀。在初期磨损阶段，磨损带较窄且靠近刀刃，如图3所示;图3b显示，中期磨损阶段形成了明显的水滴状不均匀磨损带;在后期磨损阶段，后刀面上的水滴状不均匀磨损带几乎连在一起，刀具即将进入破损阶段，如图3c所示。
图4所示为刀具后刀面磨损量随切削时间变化曲线。从切削开始到切削时长约2.6 min为初期磨损阶段，后刀面磨损量缓慢增大，刀具磨损量不到50μm;在中期磨损和后期磨损阶段，刀具磨损速度较快，刀具后刀面磨损量与切削时间近似成线性关系;切削时长约11.5 min时，后刀面磨损量达到270μm，刀具开始进入破损失效阶段。
2.2 刀具磨损对切削表面的影响
图5为不同刀具磨损阶段下的陶瓷试样切削表面微观形貌图。图5a为初期磨损阶段(切削长度L=280 mm)表面形貌图，切削表面由光滑条痕带和脆断区域构成，光滑条痕带较宽并且底部平整，表明材料去除模式既有延性去除[7,8]又有脆断去除，并且延性去除所占的比例较大;图5b为中期磨损阶段(切削长度L=700 mm)表面形貌图，切削表面的光滑条痕带宽度大大减小并且底部不平整，表明材料去除模式中的延性去除比例急剧降低;图5c为后期磨损阶段(切削长度L=1120mm)表面形貌图，切削表面几乎完全由脆断区域(鱼鳞状脆断形貌)构成，材料去除模式是完全脆断去除。因此可以得知，在刀具的磨损过程中切削模式从延脆混合模式逐渐转变到完全脆性模式。
2.3 刀具磨损对切削力的影响
由于轴向力非常小，所以本文只研究刀具磨损对径向力和切向力的影响。图6所示为平均切削力随刀具磨损量的变化曲线，可以看出:(1)径向力远大于切向力;(2)切削力均随着刀具后刀面磨损量的增大而增大，但是径向力的增大幅度比较大。由于陶瓷硬度很高，刀具刃口切入时受力较大，故径向力远大于切向力[9]，这一点与金属切削不同。径向力主要来源于刀刃对切削表面的挤压，当后刀面出现磨损时，刀具实际后角减小，后刀面与试样表面挤压作用增强，使得径向力迅速增大;影响切向力的主要因素是前刀面磨损[10]，切削硬脆材料时切屑呈崩碎状，前刀面的磨损量很小，因而切向力的增大幅度较平缓。
2.4 刀具磨损机理
2.4.1 崩刃与剥落
氧化锆陶瓷的硬脆特性使切削过程中刀具承受强烈的冲击，图7所示为径向切削力原始信号，其信号峰窄而长，表明切削的强烈冲击性。在初期磨损阶段(切削长度L=280 mm)，刀具刃口是薄弱区域，当刃口处应力达到其断裂强度时，就会发生微小的崩刃，崩刃处非常容易产生应力集中从而引起剥落，如图8所示。在中期磨损阶段(切削长度L=700 mm)，后刀面上的突出金刚石晶粒由于冲击力大于钴黏接剂的黏结力而从基体上剥落，较软的钴黏接剂露出而不断被较硬的陶瓷材料颗粒刮除，使得新的金刚石晶粒突出于表面受到冲击而剥落，上述过程不断循环，磨损带向后刀面扩展，如图9所示。在后期磨损阶段(切削长度L=1120 mm)，当金刚石晶粒剥落积累形成大的凹坑时，在冲击作用下其周围的金刚石晶粒和钴黏接剂会发生大规模的剥落，如图10所示。
2.4.2 石墨化磨损
由于氧化锆的导热系数(2.5 W/(m·K))远远小于PCD的导热系数(700 W/(m·K))，切削过程产生的热量绝大多数流入刀具，刀具温度对刀具磨损的影响比较大。基于热源法[11]采用ANSYS软件分析刀具上的金刚石刀片温度分布，采用SOLID90单元，利用自由划分生成有限元模型，分析所需参数如下:导热系数为700 W/(m·K)，质量热容为502 J/(kg·K)，密度为3.5 g/cm3。图11为刀片在一次切削过程中接近结束时的切削温度分布云图，可以看出:刀具整体温度分布比较均匀，其原因是PCD的导热系数相当高，热量在刀具内部扩散速度很快;最高温度位于刀具后刀面上靠近刀刃处，温度在700℃以上。PCD刀具在切削时温度达到700℃左右时开始石墨化[12]，因此，切削区域的金刚石晶粒必然不断地从金刚石相转化为石墨相，切削过程中的挤压、冲击作用使得石墨化后的碳原子很容易脱落并被带走，这一过程不断重复，形成石墨化磨损[13]。
对磨损初期、中期和后期(切削长度L分别为280 mm、700 mm、1120 mm)的后刀面磨损带进行激光拉曼物相分析，图12所示为拉曼谱图，图12中拉曼偏移为1338.83 cm-1的峰是金刚石峰，拉曼偏移为1581.72 cm-1的峰为石墨峰，石墨相在刀具磨损初期不明显，但在中后期比较明显，这进一步证明刀具发生了石墨化磨损。
3 结论
(1)从开始到切削时长约2.6 min为刀具初期磨损阶段，磨损量变化很小，刀具磨损量不到50μm，在这之后刀具磨损量与切削时间近似成线性关系。
(2)初期磨损阶段切削模式是延性去除比例较大的延脆混合模式，之后延性去除比例不断减少，到了后期磨损阶段，切削模式完全转变为脆性去除。
(3)径向和切向切削力在刀具磨损过程中均不断增大，其中径向力增大幅度明显。
复合陶瓷刀具 篇6
高速切削加工技术是先进实用的制造技术,正成为切削加工的主流,具有强大的生命力和广阔的应用前景[1]。镍基高温合金的剪切强度高、导热性差,加工硬化现象严重,微观结构中含有耐磨的硬质颗粒,被视为难加工材料[2]。镍基合金Inconel 718具有强度高、热稳定性和抗热疲劳性好的特点,能够在高温条件下长期工作,从而广泛用于航空、航天和原子能工业。高速切削镍基合金Inconel 718时,刀具在比普通切削加工更为恶劣的条件下工作,具有不同的失效机理,切削温度及热应力对刀具的磨损和破损的影响显著[3,4]。
本文研究在高速干车削镍基合金Inconel 718时,切削速度、进给量对刀具磨损的影响以及切削力、表面粗糙度随刀具磨损的变化规律,分析不同条件下刀具的磨损机理。
1 切削实验
1.1 刀具材料
实验采用Kennametal公司的Sialon陶瓷材料,牌号为KY1540,刀片型号为SNGN120408T01020。
1.2 工件材料
工件材料是Inconel 718,试件为直径80mm、长度300mm的棒料,其化学成份、力学性能分别如表1、表2所示。
%
1.3 实验设备
实验采用CA6140车床;实验过程中用SDC-C3M19切削测力仪测量三向切削力;用工具显微镜测量刀具后刀面的磨损宽度;使用TR200手持式粗糙度仪测量工件的表面粗糙度;使用JSM-6380LA扫描电子显微镜观察失效时后刀面的磨损形貌。刀具的磨钝标准选用ISO3685。
2 实验结果与分析
2.1 刀具寿命
图1所示是Sialon陶瓷刀具在进给量f=0.3mm/r、切削深度ap=0.1mm时,不同切削速度v(178m/min、226m/min、281m/min)下后刀面平均磨损宽度与切削长度的关系。三条曲线有相同的变化趋势,即切削初期磨损快速增加,切削中期磨损平稳,切削后期磨损急剧增加。在其他条件相同的情况下,速度越高刀具磨损得越快,中间的平稳阶段越短,刀具的寿命也越短。v=281m/min时,切削不到600m长度的刀具就开始严重破损。
1.v=178m/min 2.v=226m/min 3.v=281m/min
图2所示的是Sialon陶瓷刀具在切削速度v=226m/min、ap=0.1mm条件时,不同进给量(0.2mm/r、0.3mm/r、0.4mm/r)下后刀面平均磨损宽度与切削长度的关系。三条曲线有相同的变化趋势,也符合刀具磨损的3个阶段。当进给量取0.3 mm/r时刀具磨损速度较慢,刀具寿命最长;当进给量取0.2mm/r、0.4mm/r时,刀具后刀面的磨损都比较快,刀具寿命也相对较短。这可能是由于镍基合金本身的导热性差,切削热主要由切屑带走,当f=0.3mm/r时较大的进给量产生较多的切屑,从而改善了散热条件,使刀-屑接触区温度降低,刀具磨损减小,刀具寿命增加。
1.f=0.2mm/r 2.f=0.4mm/r 3.f=0.3mm/r
当进给量继续增大(0.4mm/r)时,大的进给量导致了刀具所受到的切削力快速增加,使得刀具的磨损速度明显增加。
2.2 刀具后刀面磨损与切削力、表面粗糙度的关系
图3所示为三组不同切削参数条件下径向切削力与后刀面平均磨损宽度的关系。随着切削速度的提高,径向切削力明显下降。其主要原因是,提高切削速度时,切削功率增加,形成切削温度升高的趋势,当切削速度达到一定的值时,切削温度接近镍基合金的软化温度,导致工件材料软化而硬度下降,弹塑性压力减小,同时切削温度的上升改善了刀、屑之间的摩擦变形,使这一区域的附加变形减小,切屑流出阻力下降。同时切削力随着进给量的增大而增大,进给量增大,材料去除率增加,则切屑动量改变需要的作用力随之增加,切削力增大[1]。三条曲线都有一个明显的拐点标志着刀具进入稳定磨损阶段。
1.v=226m/min,f=0.3mm/r,ap=0.1mm 2.v=226m/min,f=0.4mm/r,ap=0.1mm 3.v=178m/min,f=0.3mm/r,ap=0.3mm
1.v=226m/min,f=0.3mm/r,ap=0.1mm2.v=128m/min,f=0.3mm/r,ap=0.1mm
表面质量通常和刀具的磨损程度有关。图4所示为不同的切削参数下后刀面磨损宽度与加工工件的表面质量之间的关系。由图4可以看出切削速度对表面粗糙度影相很大,在相同的进给量和切削深度下,高速(226m/min)条件下的粗糙度比低速(128m/min)条件下的粗糙度明显减小。随着刀具的磨损,刀具的锋利程度降低,加工工件的表面质量下降。由图4还可知,高速条件(226m/min)下,表面粗糙度的值随着刀具磨损程度的增加而降低,在达到刀具寿命的时候得到了更好的表面质量。
为了解释上述现象:引入表面粗糙度值的理论估算公式[5]:
式中,f为进给量,mm/r;R为刀尖圆弧半径,m。
切削加工的初期刀尖圆弧半径圆滑,表面粗糙度较小;切削加工继续进行,刀具磨损出现沟槽,加工工件的表面粗糙度增大;切削加工的后期随着切削温度的升高,刀具上出现黏结,黏结层补足了初期形成的沟槽,而且会使刀具的刀尖圆弧半径增大,使得表面质量提高,表面粗糙度的Ra值减小。
2.3 刀具磨损形态
SEM观察表明,实验所用的陶瓷刀具表现出月牙洼磨损、剥落、塑性变形、微崩刃、边界磨损、破损等失效形式。图5所示为Sialon陶瓷刀具在切削速度为128m/min、281 m/min时刀具的磨损形态。在低速条件下,前后刀面片状剥落现象很明显;而在高速条件下除片状剥落以外,黏结磨损更为明显,前刀面及主切削刃上有大量的黏着物,刀尖及主切削刃发生塑性变形。图5d、图5e所示为前后刀面黏附层的表面形貌,前刀面黏附层与切屑分离时形成撕裂状不平整形貌,而后刀面皆呈现磨粒磨损所形成的犁沟特征。图5f所示为281m/min条件下磨损初期(VB=0.1mm)的SEM图。由图5f可以看出,在陶瓷刀具切削加工的初期,刀具磨损就有明显的剥落、黏着、边界磨损现象,而且和末期磨损形式相近,只是高速切削初期热量还未达到相当的程度,所以黏结磨损没有末期磨损那么明显。
2.4 刀具磨损机理
2.4.1 黏结磨损
高速车削镍基合金Inconel 718时,陶瓷刀具所承受的切削力较切削普通材料时大得多,切削热大幅度增加,而加工材料Inconel 718的导热性能差,切削刃区域的温度很容易超过900℃[6],在这样的高温高压下,工件材料的表面硬度将会迅速降低,黏结磨损从而迅速生成、扩大。从温度-热应力角度分析,刀片切入时产生的切削热及温度梯度引起的压应力,使刀片和切屑材料在高温高压下发生黏结。图5b上的大块黏结可能就是这样形成的。从图5e黏结层的分布可以很明显地看出工件相对于刀具的运动方向(图6)。
2.4.2 磨料磨损
图6是切削高温合金Inconel 718时磨料磨损形成的示意图,镍基合金工件所含的硬质颗粒沿刀具相对于工件的运动方向划擦刀具后刀面,形成了图5e所示的条纹状磨损。
2.4.3 剥离破坏
剥离破坏是个复杂的过程,是在磨粒磨损、黏着磨损、氧化磨损、扩散磨损的共同作用下,刀具机体材料发生片状剥落,其中最主要的原因是Inconel 718中的硬质颗粒在刀具表面的挤压、划擦产生沟痕。Sialon陶瓷为脆性材料,挤压、划擦很容易形成断裂,如图7所示,在硬质点尖角附近区城,存在压碎区,这主要是由于受到比较大的应力作用,使得大量的氮化硅颗粒受到强烈挤压而脱离原来的位置成为粉屑。由于应力作用,粉屑又使压碎区周围产生大量微裂纹。大量的小的横向微观破裂就形成了如图8所示的宏观裂纹。
2.4.4 扩散磨损
Sialon陶瓷刀具的原始表面主要含有Al、Si等元素,通过对刀具前刀面刀尖处进行EDS检测发现(图9),刀尖磨损区增加了Ti、Cr、Fe、Ni等来自于工件材料的元素,且元素的比例关系和工件材料元素的比例关系不相同,表明工件上的部分元素向刀具材料表面发生了转移,也就是刀具材料与工件材料摩擦副间发生了相互扩散。在高速切削Inconel 718时,切削温度可超过900℃[6],在高温高压条件下容易发生扩散磨损。在切削过程中,刀具前刀面始终与产生的切屑表面紧密接触,工件材料中的有较大化学活性的元素就会向刀具扩散,形成扩散磨损。由刀尖沿刀尖圆弧半径方向在刀具前刀面上取4个点,如图10所示,进行EDS分析发现,刀具前刀面的扩散磨损在刀尖处最严重,离刀尖越远扩散程度就越轻,直到没有扩散磨损发生,如表3所示。
3 结论
(1)高速车削Inconel718时,Sialon陶瓷刀具寿命短,在较大进给量(0.3mm/r)、小切削深度的条件下,有相对较长的刀具寿命。
(2)Sialon陶瓷刀具车削Inconel718时,速度对已加工表面的表面粗糙度影响较大,切削速度越高工件的表面粗糙度越小,由于黏结层补足了初期磨损形成的沟槽,出现了随着刀具磨损增加表面粗糙度值变小的情况。
(3)Sialon陶瓷刀具车削Inconel718时,径向切削力随着速度增大时有明显的减小。
(4)Sialon陶瓷刀具车削Inconel718时,磨损形态和磨损机理复杂,剥落、黏结和扩散现象明显,不同的切削参数下的磨损形态和磨损机理不同。
参考文献
[1]艾兴.高速切削加工技术[M].北京:国防工业出版社,2003.
[2]韩荣第,于启勋.难加工材料切削加工[M].北京:机械工业出版社,1996.
[3]梁锡昌,郑小光,徐国斌.超高速铣削的理论研究[J].机械工程学报,2001,37(3):109-112.
[4]周忆,梁锡昌.超高速铣削刀具的磨损机理[J].重庆大学学报,2003,26(9):47-49.
[5]More A S,Jiang Wenping,Brown WD,et al,ToolWear and Machining Performance of CBN?Ti NCoated Carbide Inserts and PCBN Compact Insertsin Turning AISI 4340 Hardened Steel[J].Journal ofMaterials Processing Technology,2006,180(1/3):253-262.
Ti(C,N)金属陶瓷刀具材料 篇7
在现代工业生产中常用的刀具材料有工具钢、硬质合金、超硬刀具材料 (包括陶瓷, 金刚石及立方氮化硼等) [1]。 (1) 常用作刀具的工具钢包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢。 (2) 硬质合金。硬质合金大量应用在刚性好, 刃形简单的高速切削刀具上, 随着技术的进步, 复杂刀具也在逐步扩大其应用。 (3) 涂层刀具材料。硬质合金或高速钢刀具通过化学或物理方法在其上表面涂覆一层耐磨性好的难熔金属化合物, 既能提高刀具材料的耐磨性, 而又不降低其韧性。 (4) 其它刀具材料如陶瓷刀具和人造金刚石等。
2 金属陶瓷材料
金属陶瓷材料是一种有金属或者合金与同一种或几种陶瓷所组成的非均质复合材料[2]。它具有优良的综合力学性能, 具有陶瓷的高强度、高硬度、耐磨损, 耐高温, 又保持了金属材质的塑性与韧性, 有着十分广泛的应用前景。在20世纪30年代人们就把金属陶瓷材料应用于刀具中, 但是做成的刀片还比较脆, 主要用于精加工中。从上世纪70年代以来, Ti N对Ti C-Ni系有显著作用被奥地利维也纳大学kieffer等发现, Ti (C, N) 基金属陶瓷引起了人们的注意, Ti C合金中开始引入硬质相氮化物, 进一步在更大范围内扩大了金属陶瓷的应用。
3 Ti (C, N) 基金属陶瓷
3.1 Ti (C, N) 基金属陶瓷相组成
(1) Ti (C, N) 基金属陶瓷粘结相。Ti (C, N) 基金属陶瓷的主要成分是Ti (C, N) , 常用的粘结相为Co-Ni, 起增强作用, 同时有研究表明向Ti (C, N) 基金属陶瓷中添加少量的Al可起到弥散强化作用, 改善材料的室温和高温力学性能, 并提高材料的硬度、耐磨性和冲击韧度, 同时对于抑制刀尖变形也有显著作用。也有研究采用5%~30%的Cr来代替Co, 形成Cr-Ni粘结相, 陶瓷材料的润湿性可以得到极大改善, 同时材料的高温强度和高温抗氧化性也将提高。通常控制Cr/ (Ni+Cr) 在0.02~0.4之间。
(2) 硬质相。常用的硬质相有WC、Al N、Mo2C、Zr C、VC、Hf C和Cr3C2等, 通过相互作用进一步形成 (Zr、Ti、Nb、W、V) 固溶相, 使得硬质相得到进一步强化。由于WC的弹性模量比Ti (C, N) 和Ti C高, Ti (C, N) 基金属陶瓷的强韧性可以通过添加WC进行改良, 并且加入后能使硬质相晶粒得到细化, 从而其横向断裂强度得到提高, 使得WC成为其常用的一种添加剂。当加入的WC含量足够多时, 在基体中会产生WC非平衡的相, 使得其热膨胀系数大大减小, 传导率明显增大, 进而能明显提高其抗热震能力, 达到克服其刀具的刀口易出现变形的缺陷。研究还发现, 把含量合理的Nb C和Ta C等高熔点添加剂加入其中, 同样能能使硬质相晶粒得到细化, 还能改善其抗氧化性、硬度和横向断裂强度, 并且改善其高温抗氧化能力效果比WC更好, 但横向断裂强度和硬度的改善效果不如WC显著。此外, 研究还表明, 把Hf等稀土元素加入其中也可以明显改善其横向断裂强度, 究其原因是氧很容易与稀土元素发生化学反应, 在界面上与杂质结合生成稀土化合物和氧化物, 使其晶界得到净化, 界面结合强度、润湿性和烧结性得到良好的改善, 从而使Ti (C, N) 基金属陶瓷的密度得到提高。
3.2 基本性能
Ti (C, N) 基金属陶瓷比Ti C基金属陶瓷的高温强度更大、具有更好的硬度以及良好的导热性、优良的耐冲击性等优良性能, 因而被用作高速切削刀具材料以及对难切削材料进行精加工和半精加工。经过近70年的发展, Ti (C, N) 基金属陶瓷的主要性能在以上方面得到了很好的改良。 (1) 具有良好的化学稳定性。使用其进行切削作业时, 在工件、切屑和刀具接触面上产生氧化铁、镍钼酸盐和M02O3薄膜, 这一薄膜能形成干润滑剂从而大大减少了摩擦。钢与Ti (C, N) 基合金之间粘结弱, 即使温度达到700-900°C高温时时也不会有粘结出现, 这样作业时不会出现积屑瘤, 使得其具有较低的加工表面粗糙度。 (2) 具有很大的硬度。其硬度可以与陶瓷刀具相差无几, 在通常情况下其硬度为91-93.5HRA, 甚至高达94-95HRA。 (3) 耐热性较高。在高温情况下, 其具有良好的耐磨性、强度和硬度性能, 即使温度高达1100°C-1300°C还能够进行切削作业。一般情况下, 其切削速度能够达到300-400m/min, 是WC基硬质合金切割速度的高3-4倍, 就算对难以加工和高硬度材料进行切削施工时, 其削速度仍然能够达到200m/min。 (4) 抗月牙洼磨损和耐磨性能良好。对钢料进行高速切削时其耐磨性是WC基硬质合金的4到5倍, 具有极低的磨损率。 (5) 抗氧化能力高。通常情况下, Ti (C, N) 基金属陶瓷开始出现月牙洼磨损的温度是1100-1200°C, 还硬质合金开始出现月牙洼磨损的温度是850°C-900°C, Ti (C, N) 基金属陶瓷比硬质合金的温度高200-300°C。
3.3 Ti (C, N) 基金属陶瓷的微波烧结制备
车磊等研究表明, 高氮 (Ti C0.5N0.5) 合金和较低氮 (Ti C0.7N0.3的烧结工艺的差异巨大, 性能较好的金属陶瓷能够在真空、氮气和氩气等条件下通过硬度较低的低氮 (Ti C0.7N0.3) 合金得到, 还只有以氮气为烧结环境下得到的高氮 (Ti C0.5N0.5) 合金才能具备良好的力学性能。张厚安等人研究表明, 晶粒度小于500nm的金属陶瓷可以通过微波烧结技术得到, 这种金属陶瓷具有较低的力学性能, 但其组织致密。微波烧结技术因为其自身固有的加热特性, 能快速加热到常规烧结难以达到的高温。超细粉末采用高能球磨的方法十分有效, 并且工艺简单、产量高。张厚安等人研究发现, Ti C0.7N0.3超细粉末可以采用球磨的方法进行制备。先按规定的成分和配比准备材料, 然后采用混料机进行干混, 接着采用球磨机进行湿磨和充分拌合, 最后混合料干燥后对其进行冷压成型。在HAMi Lab-V3000微波高温炉上对经碳管炉脱脂成型后的坯体进行微波烧结, 就能够得到 (Ti (C, N) 基金属陶瓷。将Ti (C/N) 粗粉经球磨磨成超细粉, 并与Ta C、Co、Mo2C、Ni、WC超细粉等混合后在添加纳米 (Si3N4/BN) 粉, 按规定配备进行配料、湿磨、干燥、过筛, 压制成型后预烧结, 微波气氛中烧结成具有超细晶粒的金属陶瓷。
4 结束语
综上所述, 发展和研制高可靠性高强韧性的Ti (C, N) 基金属陶瓷复合材料是Ti (C, N) 基金属陶瓷的今后的发展方向, 要通过技术个性使其韧性和强度得到更大的提高。要进一步对不同功能、不同结构的纳米级Ti (C, N) 基金属陶瓷复合材料进行研究;通过上述研究最终开发出通用性的Ti (C, N) 基金属陶瓷刀具切削材料。
参考文献
复合陶瓷刀具 篇8
自润滑刀具是指刀具材料自身具有减摩和抗磨作用,在没有外加润滑液或润滑剂的条件下,刀具材料本身就有润滑功能。实现刀具自润滑的意义在于:可减小摩擦、减小磨损、省掉冷却润滑系统、克服切削液造成的环境污染、实现清洁化生产、降低成本以及减小设备投资。因此,可以说自润滑刀具是一种洁净的绿色加工刀具[1]。综合目前的研究进展,根据作用机理,实现自润滑功能的刀具可归纳为以下三大类:①软涂层自润滑刀具;②添加固体润滑剂的自润滑刀具;③原位反应自润滑刀具[2]。软涂层自润滑刀具是将固体润滑剂通过涂层的方式直接涂覆于刀具表面,从而实现刀具的自润滑功能。德国Cubring公司开发的“MOVIC”软涂层工艺,就是在刀具表面涂覆一层MoS2;赵金龙等[3]对MoS2软涂层自润滑刀具进行了研究,结果表明涂层刀具的摩擦力和摩擦因数均有减小,MoS2/Zr涂层在刀具和切屑之间起到润滑剂的作用,从而减少了刀具的磨损。Fox等[4]在没有使用切削液的情况下用MoS2/Ti软涂层刀具进行了干钻削孔试验,结果表明可显著提高钻孔数量,刀具具有较好的自润滑功能。添加固体润滑剂的自润滑刀具是将固体润滑剂直接添加到刀具制备材料中,制备成含有固体润滑剂的复合型刀具。陈晓虎[5]研究发现添加BN的Al2O3在摩擦试验中,BN逐渐转移成润滑薄膜,在摩擦磨损接触区域能够形成持续稳定的润滑膜,起到较好的润滑效果。曹同坤等[6,7]采用热压法,以CaF2为固体润滑剂,以Al2O3/TiC为基体,制备出自润滑陶瓷刀具,并对其进行了干切削试验,结果表明,在Al2O3/TiC/CaF2刀具前刀面上形成的一层固体润滑膜,可起到减摩作用。原位反应自润滑刀具是利用切削高温作用下的摩擦化学反应,在刀具表面原位生成具有润滑作用的反应膜,从而实现刀具的自润滑。李彬等[8,9]用热压法制备了Al2O3/ZrB2/ZrO2原位反应自润滑刀具材料,系统研究了其高温特性、摩擦磨损特性和减摩机理,以及在不同气氛(N2、空气)中该刀具的切削性能,结果表明,切削高温下刀具表面原位反应生成的氧化膜B2O2具有较好的自润滑性能。Deng等[1]以TiB2为添加剂,Al2O3为基体,制备了Al2O3/TiB2陶瓷刀具,并将其对淬硬钢进行了高速干切削试验,结果表明:在干切削淬硬钢时,当切削速度大于120 m/min时,Al2O3/TiB2陶瓷刀具开始表现出高温自润滑性能。自润滑膜在刀具表面起到固体润滑剂的作用,进而降低前刀面的摩擦因数,减轻刀具的黏着磨损,提高刀具的耐磨性能,具有良好的减摩和抗磨作用。
原位反应自润滑刀具非常适用于高速干切削,但是由于切削过程中的高温氧化反应无法控制,且必须在特定高温下才能发生反应,因此在低速切削或温度不够时,刀具仍然处于干切削而未润滑的工作环境。CaF2是一种高温润滑材料,在250~700℃范围内能有效进行润滑,即使温度超过1000℃仍能保持良好润滑性能[7]。Deng等[10]在Al2O3/TiC陶瓷刀具基体内加入固体润滑剂CaF2来改善其摩擦学特性,并用该陶瓷刀具对45淬硬钢进行干切削试验,结果表明:添加固体润滑剂CaF2的Al2O3/TiC陶瓷刀具在高速干切削时其摩擦因数比未添加固体润滑剂的Al2O3/TiC陶瓷刀具的摩擦因数显著减小,并表现出良好的减摩效果。笔者结合添加固体润滑剂和原位氧化反应的双重机制,以Al2O3/TiB2为基体,CaF2作为添加剂,制备出一种不仅适合高速切削而且在低温也不受限制的Al2O3/TiB2/CaF2自润滑陶瓷刀具材料。
1 试样制备与试验方法
1.1 样品制备
试验所用Al2O3粉末由无锡拓博达钛白制品公司生产的高纯超细α型Al2O3粉末,粉末粒径为1~2μm;TiB2粉末由中国焊接材料研究中心生产,粉末粒径为2~3μm。CaF2粉末(分析纯),为天津鼎盛鑫化工有限公司生产,粉末粒径为2μm。将质量比为7∶3的Al2O3和TiB2以及不同质量的CaF2进行混合球磨、干燥、过筛。将复合粉末装入石墨模具进行真空热压烧结,烧结工艺如下:烧结温度为1600~1750℃,保温时间为10~40min,烧结压力为10~30MPa。将烧结后的ABF自润滑陶瓷材料经切割、粗磨削、精磨削和抛光后制成3 mm×4 mm×36 mm的标准试样条,用维氏硬度计测量试样的硬度;用三点弯曲法测量试样的抗弯强度[11];跨距为20 mm,加载速率为0.5 mm/min;用压痕法测量试样的断裂韧度,得出CaF2最佳含量。优化烧结工艺,得出在最佳工艺下ABF自润滑陶瓷材料的力学性能。测量结果见表1,ABF后的数字表示CaF2含量(质量分数)。
1.2 摩擦磨损试验
摩擦磨损试验在UMT-2多功能摩擦磨损试验机上进行,该试验能有效地验证非切削磨损情况下ABF刀具材料的自润滑性能。采用球盘配副方式,球为硬质合金球YG6X,直径为9.525mm,盘为ABF自润滑陶瓷材料,中心孔直径为6mm。试验条件如下:载荷为8N,旋转速度为85m/min。从摩擦因数、磨损形貌、减摩机理等方面研究ABF自润滑陶瓷材料的摩擦磨损特性。在UMT-2摩擦磨损试验机上能够直接获得测试时间段内的摩擦因数、平均摩擦因数值。通过采用不同的载荷、旋转速度来进行摩擦磨损试验,观察平均摩擦因数随载荷、旋转速度的变化。使用JSM-6610LV扫描电镜观察ABF陶瓷材料的摩擦磨损表面形貌。
1.3 切削试验
试验机床为CA6140,切削试验采用干切削方式。所采用刀具为Al2O3/TiB2/5%CaF2(综合润滑性能和力学性能考虑,选取ABF5刀具)、普通陶瓷刀具(AG2),刀具几何参数如下:γ0=-5°,α0=5°,kr=45°,λ0=-5°,br1γ01=0.2×(-20°),rε=0.1。刀片边长为12.7mm,刀片厚度为4.76mm。切削深度ap=0.3mm,进给量f=0.15mm/r。工件材料为45淬硬钢。切削速度选取以下两种速度[1]:低速切削速度为70m/min,该速度下切削过程中所采用陶瓷刀具尚未发生原位反应,润滑效果为固体润滑剂润滑;高速切削速度为120 m/min,该速度下切削过程中陶瓷刀具开始发生原位反应,润滑效果为双机制润领滑。
2 试验结果与分析
2.1 摩擦磨损试验
图1所示为ABF自润滑陶瓷材料磨盘与YG6X球进行摩擦磨损试验时,摩擦因数与时间的关系。从曲线的变化可以看出平均摩擦因数随着CaF2含量的增加而减小,并且曲线有明显的上升、稳定阶段。刚开始进行摩擦磨损试验,接触面积较小,接触点有应力集中现象,导致摩擦表面微凸体发生变形,摩擦阻力变大,摩擦因数会迅速增大到一定值。随着试验过程中球盘接触面积的增大,摩擦因数趋于稳定,但仍有小幅度的增大。
图2所示为扫描电镜观察ABF自润滑陶瓷材料的磨损表面形貌,图2a中未添加CaF2的材料磨损表面有明显的裂纹,图2b中添加CaF2的材料磨损表面形成了润滑膜。在试验过程中CaF2受到力、热的作用在磨盘接触区形成了大小不一的润滑膜,起到了一定的减摩作用,能有效地减小磨粒磨损。
图3所示为旋转速度为85m/min时,ABF自润滑陶瓷材料的平均摩擦因数与载荷的关系,从图中可知ABF自润滑陶瓷材料的平均摩擦因数随载荷的增加而减小。整体趋势相同,下降幅度稍有不同,当载荷为10N时,其平均摩擦因数达到最小值。在较高的载荷下,接触间的凸体受到的力将会增大,有可能引起接触区周边凸体脆性断裂,这段时间内接触区域的凸体数明显减少,从而减小其摩擦因数。载荷的增加将会导致摩擦磨损过程中的温度增加,当温度较高时CaF2处于塑性状态,润滑效果更好。
图4所示为ABF自润滑陶瓷材料平均摩擦因数与速度的关系。从图4可以看出,ABF自润滑陶瓷材料平均摩擦因数随速度的增加而减小。当速度大于85 m/min时,平均摩擦因数减小的速率加快。当速度为120m/min的时候,平均摩擦因数达到最小值。这说明ABF自润滑陶瓷材料与硬质合金球(YG6X)以球盘配副形式进行摩擦磨损时,较高速度下的ABF自润滑陶瓷材料能获得较好的减摩效果。
由摩擦磨损试验可以得出,ABF自润滑刀具在未达到切削高温时进行的摩擦磨损试验中,在固体润滑剂CaF2影响下可以获得显著的减摩和抗磨作用。作用效果随着CaF2含量的增加、旋转速度的提高、载荷的提高而更为显著。
2.2 切削试验
图5所示为ABF刀具与AG2刀具在干切削45淬硬钢试验中,切削速度分别为70 m/min和120m/min时其切削力三个分力大小变化的曲线(其中ap=0.3mm,f=0.15mm/r)。从图5可知三种切削分力都有一定的振幅,这是因为刀具在干切削过程中产生了振动。主切削力的振幅相比切深抗力、进给抗力的振幅大。比较三种力的大小,Fx<Fy<Fz。ABF刀具在切削过程中随着切削速度的提高,其切削力呈现减小的趋势,且小于AG2刀具切削力减小的趋势。
1.主切削力2.切深抗力3.进给抗力
当切削速度为70 m/min时,CaF2开始处于塑性状态,易被拖覆在刀具的前刀面,形成润滑膜,此时润滑效果主要来自材料本身自固体润滑剂。当切削速度接近120m/min时,随着切削区域温度的逐渐升高,ABF刀具中的TiB2开始发生氧化还原反应:
生成的TiO2、B2O3具有较低的剪切强度,在一定程度上能起到润滑的作用,此时自润滑效果是结合了固体润滑剂和原位反应双重机制的润滑,润滑效果更加明显。
图6所示是两种刀具在干切削45淬硬钢试验中,后刀面磨损量与切削距离(速度不变,切削距离可和切削时间互相换算)的关系曲线。由图6a可以看出,当v=70m/min时,ABF刀具后刀面磨损量略大于AG2刀具后刀面磨损量,这表明在低速切削时,AG2刀具的磨损较ABF5刀具的磨损更小,即AG2刀具的使用寿命较ABF5刀具要长。从图6b可以看出,当速度为120m/min时,ABF5和AG2刀具后刀面的磨损量是相近的,当切削距离变长时,AG2刀具的后刀面磨损量要稍大于ABF5刀具的后刀面磨损量,这说明ABF5刀具在较高的切削速度下取得了一定的减摩、抗磨的效果,ABF5刀具较AG2刀具的使用寿命更长。随着切削距离(或切削时间)的增加,两种刀具后刀面磨损量都是呈现出增长的趋势,其中AG2刀具的增大速率稍大于ABF5刀具的增大速率,这说明在高速切削时,ABF5刀具的使用寿命比AG2刀具的使用寿命更长。
图7是ABF5自润滑陶瓷刀具高速切削后前刀面的衍射谱图。可以明显发现TiO2的存在,而未发现B2O3是因为其熔点低(577℃),在高温下挥发了。高速干切削下,固体润滑剂(CaF2)与自身TiB2氧化还原反应(产生了TiO2)两种方式形成的润滑相结合,润滑效果更显著。
图8所示是两种刀具前刀面的SEM照片,从图8a中可以看出ABF刀具某些地方形成了部分润滑膜,某些地方的润滑膜完整,黏结和犁沟现象明显减少。ABF刀具前刀面润滑膜的形成是导致其在干切削45淬硬钢时切削速度提高导致摩擦因数减小的主要原因。当切削速度提高时其切削力会减小,这是因为切削速度提高,振动减小,且润滑膜的形成在一定程度上能够有效地减小摩擦磨损。当切削速度提高时,切削区域的温度上升,CaF2从脆性变为塑性状态,塑性状态下ABF刀具比较容易形成润滑膜,且TiB2在高温下会发生氧化还原反应,产生具有润滑作用的反应膜TiO2、B2O3。图8a中黑色区域为Al2O3/CaF2,灰色区域为TiB2/TiO2;从图8b可以看出AG2刀具黏结较严重,有条状犁沟,所以AG2刀具前刀面以黏结磨损为主。当切削速度提高时,其切削温度、切削力也越来越大,刀具前刀面的磨损会越来越严重,摩擦因数也会变大。
图9是两种刀具在干切削45淬硬钢时后刀尖处的磨损形貌的光学显微照片。从图中可以较明显地看出两种刀具均存在不同程度的磨损,其中AG2刀具的磨损是非常严重的,有崩刃现象。相比之下,ABF刀具的磨损要小很多,可见在干切削试验中ABF刀具比AG2刀具的耐磨性更好。
3 结论
(1)以球盘配副方式进行的摩擦磨损试验在非切削的磨损下,材料自身有一定减摩润滑作用,添加的固体润滑剂CaF2生成了润滑膜;润滑膜的润滑效果与CaF2含量、载荷、旋转速度这三个变量有直接关系。这三个变量的增大,将使得润滑膜更容易生成,平均摩擦因数更低,润滑效果更好。
(2)在ABF自润滑陶瓷刀具的摩擦磨损试验中,磨损条件不足以达到使Al2O3/TiB2/CaF2材料自身发生原位反应的特定高温条件,但材料自身的固体润滑剂CaF2能起到明显的减摩作用,这弥补了Al2O3/TiB2原位反应自润滑刀具的不足,即使在低速或中低温的状况下,依旧能实现自润滑功能。
(3)当切削速度达到120 m/min时,ABF自润滑陶瓷刀具材料自身的TiB2开始发生氧化还原反应,在高温区域前刀面生成了TiO2反应膜,并与固体润滑剂所生成的润滑膜相结合,形成了双重机制的润滑膜。润滑膜能有效地减小摩擦,提高耐磨性能,起到自润滑作用。双机制的润滑膜比单机制的润滑膜润滑效果更加明显,随着温度的提高,双机制润滑膜的自润滑功能和减摩抗磨效果更为显著。
参考文献
[1]Deng Jianxin,Ding Zeliang,Zhao Jun,et al.Self-lubricating Ceramic Tool Materials and Its Cutting Performances[J].Chinese Journal of Mechanical Engineering,2003,39(8):106-109.
[2]潘培道,刘孝光,殷韦韦,等.干切削加工用自润滑刀具研究进展[J].池州学院学报,2013,27(3):53-55.Pan Peidao,Liu Xiaoguang,Yin Weiwei,et al.A Review Study of Self-lubricating Tool in Dry Cutting[J].Journal of Chizhou University,2013,27(3):53-55.
[3]赵金龙,邓建新,宋文龙.MoS2-Zr复合涂层刀具的切削性能研究[J].武汉理工大学学报,2008,30(10):105-108.Zhao Jinlong,Deng Jianxin,Song Wenlong.Cutting Performance of MoS2-Zr Composite Coated Tools[J].Journal of Wuhan University of Technology,2008,30(10):105-108.
[4]Fox V C,Renevier N,Teer D G,et al.The Structure of Tribological Improved MoS2-metal Composite Coatings and Their Industrial Applications[J].Surface and Coatings Technology,1999,116/119:492-497.
[5]陈晓虎.组元间化学相容、物理匹配对Al2O3基自润滑复相陶瓷摩擦学性能的影响[J].陶瓷工程,2001(2):3-6.Chen Xiaohu.The Influence of Chemical Compatibility,Physical Match between Solid Lubricants and Matrix upon the Tribological Properties of Al2O3-based Self-lubricating Materials[J].Ceramics Engineering,2001(2):3-6.
[6]曹同坤,邓建新.一种自润滑陶瓷摩擦磨损性能的研究[J].摩擦学学报,2006,25(6):564-568.Cao Tongkun,Deng Jianxin.Friction and Wear Behavior of Self-lubricating Ceramic Composite[J].Tribology,2006,25(6):564-568.
[7]曹同坤,邓建新.添加固体润滑剂的自润滑陶瓷刀具材料及其减摩机理研究[J].工具技术,2007,41(3):6-9.Cao Tongkun,Deng Jianxin.Self-lubricating Cera mic Tool with Addition of Solid Lubriant and Its Self-lubricating Mechanism[J].Tool Engineering,2007,41(3):6-9.
[8]李彬,邓建新,赵树椿.Al2O3/ZrB2/ZrO2复合陶瓷材料的制备与性能[J].硅酸盐学报,2008,36(11):1595-1600.Li Bin,Deng Jianxin,Zhao Shuchun.Fabrication and Properties of Al2O3/ZrB2/ZrO2 Compostie Ceramic Materials[J].Journal of the Chinese Ceramic Society,2008,36(11):1595-1600.
[9]李彬.原位反应自润滑陶瓷刀具的设计开发及其减摩机理研究[D].济南:山东大学,2010.
[10]Deng Jianxin,Cao Tongkun,Ai Xing.Friction Reducing Mechanisms of Al2 O3/TiC/CaF2 Selflubricating Ceramic Tools in Machining Processes[J].Journal of Mechanical Engineering,2006,25(7):109-113.