结构陶瓷材料的应用.ppt

结构陶瓷材料的应用1.陶瓷刀具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。
①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。

1.1氧化铝基陶瓷刀具在氧化铝中添加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。

Al2O3陶瓷的弯曲强度和硬度随晶粒尺寸的变化关系
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。

Al2O3十Ti(C，N)系统陶瓷强度、断裂韧性和硬度的实验结果此外，还有Al2O3／(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。
1.2氮化硅基陶瓷刀具(1)Si3N4／TiC复合陶瓷刀具几种陶瓷月具材料在加工冷硬铸铁(HS71—73)时的磨损曲线
（2）赛龙(Sialon)复相陶瓷刀具如美国生产的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
（3）金属陶瓷刀具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、Si等少数几种金属能黏结TiC，其中Ni和Co最好。Ni和Co能在TiC颗粒周围形成极薄的金属层，Cr虽然能润湿TiC，但不形成连续网络而生成Cr3C2。Co和Ni的抗氧化性不好，强度也不高。
为了改善这一情况，常在Ni和Co中又加入一些其他金属，如Cr、Mo、W等，加入这些金属后，提高了黏结相的抗氧化性和高温强度，同时改善了润湿性。

Ti(C，N)具有很高的强度和断裂韧性以及较高的硬度，有很宽的切削应用范围，在精加工或高速铣削钢件时尤为有效。下表出了几种国外生产的Ti(C，N)基金属陶瓷刀具的牌号、组成和性能。由于它需要较多的金属如Mo、Ni作为烧结助剂，所以它的硬度并不理想。为了提高它的硬度和耐磨性，可加入WC、VC、TiB2或Al2O3等添加剂。
几种国外生产的Ti(C，N)基金属陶瓷刀具的牌号、组成和性能（4）陶瓷涂层刀具CVD技术自20世纪60年代出现以来，在硬质合金可转位刀具上得到了极为广泛的应用。在CVD工艺中，气相沉积所需金属源的制备相对容易，可实现TiN、TiC、TiCN、TiBN、TiB2、Al2O3等单层及多元多层复合涂层，其涂层与基体结合强度高，薄膜厚度可达7—9μm，相对而言，CVD涂层具有更好的耐磨性。
与CVD工艺相比，PVD工艺处理在600℃以下对刀具材料的弯曲强度没有影响；薄膜内部为压应力，更适合于硬质合金精密复杂类刀具的涂层；PVD工艺对环境没有不利影响，符合目前绿色工业的发展方向.1.5超硬刀具(1)多晶金刚石(2)立方氮化硼烧结体(PCBN)2.陶瓷发动机高性能结构陶瓷材料由于其具有密度小、热导率低、耐高温、耐磨损以及耐腐蚀等待性，成为制造发动机的理想材料。发动机使用陶瓷材料有如下优点：
①提高发动机热效率
②减少辅助功率消耗，发动机结构简化
③适应多种燃料的燃烧
④降低发动机噪声，减少排气污染
⑤减轻质量
⑥资源丰富
对于陶瓷发动机的研究主要有三个方面的内容：陶瓷燃气轮机、低散热陶瓷发动机(隔热陶瓷发动机)和汽车发动机陶瓷零部件。
陶瓷发动机的发展速度比人们想像得要慢，至今实用化了的部件不过十余种，其余的尚在试验阶段。可靠性和成本价格是阻碍其发展的主要原因。
3.陶瓷装甲众所周知，金属材料具有高的硬度和韧性，但是硬度较陶瓷材料低，特别是密度大；
玻璃钢具有高