氮化硅系列陶瓷刀具高速切削高温合金研究现状讲解
国内外刀具材料发展现状
国内外刀具材料发展现状
近年来，随着人们对加工质量和效率的不断追求，刀具材料也得到了快速发展。
在国内，刀具材料主要以硬质合金、高速钢、陶瓷等为主，而国外则出现了诸如立方氮化硼、多晶立方氮化硼、纳米晶等新型材料。
硬质合金是国内刀具材料的主力军，由于其硬度高、强度大等特点，被广泛应用于金属加工领域。
然而，由于硬质合金的韧性较差，容易出现断裂现象，因此在复杂工件加工中存在一定的局限性。
高速钢则以其较高的强度、韧性和耐磨性，成为刀具材料的优选之一。
但由于其热稳定性较差，容易发生高温软化、氧化等问题，因此在高温环境下的加工中受到了一定的限制。
陶瓷作为一种新型刀具材料，具有高硬度、高强度、高耐磨性等优点，在高速、高温、高压等环境下具有较好的性能表现。
然而，陶瓷也存在着易碎、难加工等问题，因此在实际应用中仍需进一步完善和发展。
国外刀具材料的发展则更加多元化。
立方氮化硼由于其优异的硬度、耐磨性和热稳定性，被广泛应用于高速切削、高温加工等领域。
多晶立方氮化硼则以其更好的韧性、断裂韧性等性能，在实际加工中具有更好的表现。
纳米晶作为一种新兴的材料，由于其粒度小、结晶度高等特点，在刀具材料领域中也有着广泛的应用前景。
总的来说，刀具材料的发展正朝着高性能、多功能、多元化等
方向发展，在实际应用中也将不断地推陈出新，为加工行业的进一步发展注入新的动力。
刀具材料论文
金属切削刀具的发展历史与现状前言刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。
广义的切削工具既包括刀具，还包括磨具。
刀具技术的进步，体现在刀具材料、刀具结构、刀具几何形状和刀具系统四个方面，刀具材料新产品更是琳琅满目。
当代正在应用的刀具材料有高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石。
其中，高速钢和硬质合金是用得最多的两种刀具材料，分别约占刀具总量的30%～40%和50%～60%。
本文将介绍刀具的发展历程，发展现状，并对未来刀具的发展法相作出分析。
刀具的发展历史刀具的发展在人类进步的历史上占有重要的地位。
中国早在公元前28～前20世纪，就已出现黄铜锥和紫铜的锥、钻、刀等铜质刀具。
战国后期(公元前三世纪)，由于掌握了渗碳技术，制成了铜质刀具。
当时的钻头和锯，与现代的扁钻和锯已有些相似之处。
然而，刀具的快速发展是在18世纪后期，伴随蒸汽机等机器的发展而来的。
1783年，法国的勒内首先制出铣刀。
1792年，英国的莫兹利制出丝锥和板牙。
有关麻花钻的发明最早的文献记载是在1822年，但直到1864年才作为商品生产。
那时的刀具是用整体高碳工具钢制造的，许用的切削速度约为5米/分。
1868年，英国的穆舍特制成含钨的合金工具钢。
1898年，美国的泰勒和.怀特发明高速钢。
1923年，德国的施勒特尔发明硬质合金。
在采用合金工具钢时，刀具的切削速度提高到约8米/分，采用高速钢时，又提高两倍以上，到采用硬质合金时，又比用高速钢提高两倍以上，切削加工出的工件表面质量和尺寸精度也大大提高。
由于高速钢和硬质合金的价格比较昂贵，刀具出现焊接和机械夹固式结构。
1949～1950年间,美国开始在车刀上采用可转位刀片，不久即应用在铣刀和其他刀具上。
1938年，德国德古萨公司取得关于陶瓷刀具的专利。
1972年，美国通用电气公司生产了聚晶人造金刚石和聚晶立方氮化硼刀片。
这些非金属刀具材料可使刀具以更高的速度切削。
1969年，瑞典山特维克钢厂取得用化学气相沉积法，生产碳化钛涂层硬质合金刀片的专利。
浅谈陶瓷刀具的切削性能与发展现状
１ 刀具 材料 的发 展
陶瓷 刀具 与其 他材 料 刀具 相 比具有 以下 特 点 ：
（） １陶瓷刀具具有较高 的硬度和耐磨性 。 其硬度达 ９ ￣９ Ｒ ３ ５ Ａ， Ｈ 刀具材 料 的发 展 经历 了工 具钢 、 速钢 、 质合 金 、 瓷 、 高 硬 陶 超硬 大大 提 高 了切 削 能 力和耐 磨 性 。 而可 加工 硬度 高达 Ｈ Ｃ ５的各 从 Ｒ ６ 材 料 ５ 阶段 。刀 具材 料 的发 展实 际 上是 不断 提 高刀 具材 料 的 耐 个 类难 加 工材 料 ， 免除 退火 加工 所 消耗 的 电力和 时 间； 在 高速 条 件 可 热性、 耐磨 性 、 削速 度和 表面 加工 质 量 的过程 。 切 下切 削加 工 并持 续较 长 时间 ， 比使 用硬 质合 金 刀 具平 均 提高 效 率
伴 随 着材 料 的 不 断发 展 ， 转 位 、 功 能 、 用 复合 刀 具和 模 ３ 陶瓷 刀具 使 用过 程 中的 注意事 项 可 多 专 块 式工 具 系统 成为 刀 具结 构发 展 的主 流 。各 种 精密 、 效 、 高 优质 的 可 转位 刀 具 已应用 于 车削 、 削和 钻削 等领 域 。从 刀具 结 构看 ， 铣 可 转位 结 构 的刀 具 已成 为刀 具结 构发 展 的主 流 。 陶瓷 刀具 的 发展 ， 而 无 论 怎样 变化 ， 目前仍 是在 氧 化铝 基和 氮化 硅 基两 大 系列 陶 瓷材
在 ｌ０ ０℃时 仍能 保持 ８ Ｈ Ａ 的高硬 度 。 ２ ０ Ｒ
近 年 来 高速 钢 发 展迅 速 ， 已增 至 ２ 现 ０多 个 品种 ， 其 在通 用 尤 高 速钢 、 中间 高速 钢 、 超硬 高速 钢等 方 面研 制 了一些 新 品种 。在 高 速钢 领 域 里粉 末冶 金 高速钢 发 展迅 速ห้องสมุดไป่ตู้， 其物 理机 械 性能 大 为 改善 ，
高速切削技术研究
高速切削技术研究第一部分高速切削技术的定义与特点 (2)第二部分高速切削刀具材料与磨损机理 (4)第三部分高速切削机床的选型与应用 (7)第四部分高速切削参数优化方法 (10)第五部分高速切削过程的热控制技术 (13)第六部分高速切削加工精度与表面质量 (15)第七部分高速切削在典型零件加工中的应用 (17)第八部分高速切削技术的发展趋势与挑战 (20)第一部分高速切削技术的定义与特点高速切削技术是一种先进的制造工艺，它通过使用高转速的刀具和优化的切削参数来提高材料去除率、加工精度和表面质量。
该技术的核心在于实现高效率、高质量和高精度的加工过程。
在高速切削过程中，刀具以极高的速度旋转（通常超过每分钟数千转），同时进给速度也相应提高。
这种高速旋转产生的离心力有助于减小切削力和切削热，从而延长刀具寿命并减少工件的热变形。
此外，由于切削力的降低，高速切削还可以减少振动，进一步提高加工精度。
高速切削技术的优势主要体现在以下几个方面：1.高效率：与传统切削相比，高速切削可以显著提高材料去除率，缩短加工时间。
研究表明，高速切削可以提高生产效率达 30%至50%。
2.高精度：高速切削过程中的低切削力可以减少工件的振动，从而提高加工精度。
此外，由于切削热的影响较小，工件的热变形也得到了控制。
3.高质量表面：高速切削产生的切削热较低，这有助于减少工件的烧伤和裂纹，从而获得更好的表面质量。
4.刀具寿命延长：高速切削可以降低切削力，减少刀具磨损，从而延长刀具的使用寿命。
5.节能减排：高速切削技术可以实现更高的材料去除率，从而减少能源消耗和碳排放。
然而，高速切削技术也存在一些挑战，如刀具成本较高、对机床性能要求较高等。
因此，在实际应用中，需要根据具体加工需求和技术条件，合理选择切削参数和刀具，以确保高速切削技术的有效性和经济性。
总之，高速切削技术作为一种先进的制造工艺，具有高效率、高精度、高质量表面等优势，但在实际应用中需充分考虑其成本和设备要求。
新型陶瓷刀具研究进展
新型陶瓷刀具的研究进展摘要：本文回顾了陶瓷刀具的发展简况及其意义，并且综述了陶瓷刀具材料的种类、性能和特点、以及其制备方法，在此基础上分析了陶瓷刀具的发展趋势和前景。
关键词：陶瓷刀具；氧化铝；氮化硅；性能中图分类号： tg 7111、引言切削加工是工业生产中最基本、最普通和最重要的方法之一，它直接影响工业生产的效率、成本和能源消耗。
然而随着现代制造技术的发展，各种新型难加工材料在产品中的大量应用，传统的硬质合金刀具已难以满足生产需要，而作为新型切削材料的陶瓷刀具由于具有高耐热性、耐磨性、化学稳定性等特点，因此陶瓷刀具在切削加工中扮演者越来越重要的角色。
另外，从资源方面考虑，陶瓷刀具的原材料也远远丰富于传统合金刀具。
总所周知，硬质合金刀具含有大量的w、co 等战略性贵重金属，并且这些贵重金属在地球上市有限的，而且是不可再生资源。
而陶瓷刀具的主要原料是al2o3和sio2，这些化合物在地壳中的含量非常丰富。
因此其发展及应用前景十分广阔[1-3]。
目前刀具的主要原材料是高速钢和硬质合金，但从发展趋势来看，金属陶瓷刀具材料在制造刀具方面的用量逐年增加，同时也是近几年来新型刀具研究方面的重点和热点。
本文将简述陶瓷刀具的发展史，同时综述陶瓷刀具材料的种类及其性能，以及其制备方法。
2、陶瓷刀具的发展简况陶瓷作为切削加工材料，有着源远流长的历史。
早在1905 年德国人就开始了用al2o3陶瓷作为切削刀具材料的研究。
但是由于al2o3陶瓷比较脆，而且当时的陶瓷工艺技术也比较落后，所以它的广泛应用在当时受到限制。
1968 ～1970 年间人们研制成功了al2o3+tic复合陶瓷刀具，。
这促使al2o3基陶瓷刀具逐渐地走出了缓慢发展的低谷，成为解决超硬材料加工的一种新型刀具[4-6]。
20世纪70年代中期美国用sialon陶瓷刀具（si3n4+al2o3的固熔体）加工灰铸铁，取得良好效果[7]。
同期，中国用热压si3n4陶瓷刀具实现了对多种难加工材料进行多种工序的加工和生产应用[7，8]。
2023年氮化硅行业市场调研报告
2023年氮化硅行业市场调研报告市场调研报告：氮化硅行业一、行业概述氮化硅是一种稳定的高温材料，具有良好的机械性能、导热性能、绝缘性能等特点。
在高温、高压、高速等极端环境中，氮化硅可以保持良好的稳定性，因此被广泛应用于半导体、化工、机械、航空航天等行业。
氮化硅生产方式主要有热解方法、直接氮化法和化学气相沉积法。
其中化学气相沉积法是目前较为主流的生产方式，占据了全球氮化硅生产量的75%以上。
二、市场现状1. 全球氮化硅市场根据调研数据，2019年全球氮化硅市场规模约为7.5亿美元，预计到2026年将达到11.5亿美元，复合年增长率为6.2%左右。
目前，全球氮化硅市场的主要消费国家和地区包括亚洲、欧洲、北美等地区。
2. 我国氮化硅市场我国氮化硅行业起步较晚，但随着近年来高科技产业的迅速发展，氮化硅的市场需求不断增加。
预计到2025年，我国氮化硅市场规模将达到20亿元以上，而化学气相沉积法生产的氮化硅将成为主流。
在目前我国氮化硅市场中，以氮化硅粉为主，占据了约70%的市场份额，氮化硅陶瓷、氮化硅单晶和氮化硅聚合物等产品占据了剩余的市场份额。
同时，在不同的应用领域中，氮化硅的应用范围不断拓展。
三、市场主要应用领域1. 半导体领域氮化硅是一种重要的半导体材料，广泛应用于LED、LD、太阳能电池等领域。
在LED行业中，氮化硅晶片是LED芯片的主要材料，其应用范围涵盖了照明、信息显示、汽车照明等方面。
2. 机械领域氮化硅具有耐磨、耐腐蚀、高强度等特点，在机械领域中应用广泛。
例如，在汽车行业中，氮化硅可以作为发动机零部件的材料，提高发动机的性能和寿命；在轨道交通领域中，氮化硅也可以作为轨道板的材料，扩大轨道板的使用寿命。
3. 环保行业氮化硅作为一种高温稳定的材料，在环保行业中有广泛的应用。
例如，在废气治理领域中，氮化硅作为过滤材料，可以去除废气中的有害物质。
4. 航空航天领域氮化硅具有极高的热稳定性和耐磨性能，在航空航天领域中应用广泛。
氮化硅陶瓷磨削温度与表面裂纹扩展研究
氮化硅陶瓷磨削温度与表面裂纹扩展研究摘要：科技的进步，促进工程建设事业得到快速发展。
工程陶瓷具有硬度高、强度高、耐磨损、热膨胀系数低以及绝缘等优良性能，被广泛应用于机械和航空等领域。
由于陶瓷材料具有硬脆特性，磨削加工是其主要的加工方式。
在陶瓷磨削加工过程中，涉及到力学、热学、材料学以及化学等多学科问题，在多场强作用下的磨削机理有待进一步揭示。
与其他加工方式不同的是，在磨削过程中去除单位体积材料需要大量的能量，这些能量最终都以热的形式进行转化，只有一小部分用于形成新的表面，这会导致磨削区产生较高的磨削温度，而表面温度过高又会对陶瓷表面质量、加工精度、加工效率以及砂轮磨损产生很大影响。
此外，陶瓷材料的抗热冲击性能差，高温时会在磨削表面形成烧伤与热裂纹，极大影响其使用寿命。
本文就氮化硅陶瓷磨削温度与表面裂纹扩展展开探讨。
关键词：工程陶瓷；磨削温度；表面/亚表面；裂纹扩展；改善机制引言切削过程中由于工件表层材料受到剪切滑移、剧烈摩擦、高温高压等作用，发生严重的塑性变形，从而在工件表面上产生残余应力。
加工残余应力将直接影响工程陶瓷零件的断裂应力、弯曲强度、疲劳强度及耐腐蚀能力。
工程陶瓷作为硬脆性工程材料，零件的断裂应力和韧性对表面应力状态比金属敏感的多。
同时无论残余压应力与拉应力会对零件的断裂韧性，及零件裂纹的生成与扩展具有重要影响，尤其是对裂纹的生成与扩展。
而裂纹的存在极大影响零件的使用性能与寿命，因此研究工程陶瓷的残余应力与裂纹扩展关系尤为重要。
1磨削温度场的理论分析1.1干磨条件认为在干磨的条件下约有75%、69%、50%的耕犁热、摩擦热和切削热在磨削过程中被传入工件当中。
所以分析计算磨削温度的首要前提是确定传入工件的磨削热量的比例，即传热比φ，，其中qw为磨削时传入工件的热流密度，qt为磨削时磨削区产生总的热流密度，由磨削热分配比来间接研究磨削热。
因此把参与磨削磨粒的温度与一维传热模型相互联系，进而建立一个基于边界条件下的磨削热分配比模型:（1）式中，j为蓄热系数，与陶瓷材料有关;θa为参与磨削磨粒的前端瞬时温度;θo为磨削在磨削过程中的均匀温度;R为假设金刚石磨粒;半径F为切向磨削t力;vs为砂轮的线速度。
高导热氮化硅陶瓷基板材料研究现状
pects in high-power semiconductor device substrateapplications. In
this paper， the chara
vantages of silicon nitride ceramics are summarized， the research status are introduced from the aspects of
W + m -1 + K —1 以 上 ，具 有 成 为 高 导 热 基 片 的 潜
基金项目：国家重点研发计划（2017YFB0310400) ，北 京市科技计划课题（Z171100002017015)
力[7] 。优良的力学性能和良好的高导热潜质使氮化
硅陶瓷 #在高
现 有 氧 化 铝 、氮 化 铝 等 基 板 材 料 的
Z H E N G Y u ，T O N G Y a-qi，ZHANGW ei-ru
(BeijingResearch Institute o f Synthetic Crystals Co. L t d .， B eijing 100018，China)
Abstract ：Silicon nitride ceramics are considered as the best semiconductor insulating substrate materi
率半导体器件基片的应用方面极具市场前景。本文总结了氮化硅陶瓷的性能特点及优势，从原料粉体、配方体系等角度介绍
了高导热氮化硅陶瓷材料的研究现状，分析了影响氮化硅陶瓷热导率的关键因素（介绍了氮化硅基板现有成型技术，并对高
导热氮化硅陶瓷基板材料未来发展及应用进行了展望。
陶瓷刀具高速切削镍基高温合金沟槽磨损试验研究
Ｘ ｉｏ Ｍ ａ ｕａ ａ ｏｈ Ｈ ｅ Ｎ ｉ ｇ ｎ ＬｉＬｉｎｇ Ｌｉ ａｂｉ ａ ｕＨ ｉ ｎ
Ｎａ ｊｎ ｉｅ ｓｔ ｆＡｅｏ ａ ｔ ｓａ ｄ Ａｓｒ ｎ ｕ ｉｓ Ｎａ ｊｎ ２ ０ １ ｎ ｉｇ Ｕｎｖ ｒ ｉ ｏ ｒ ｎ ｕ ｉ ｎ ｔｏ ａ ｔ ， ｎ ｉｇ， １ ０ ６ ｙ ｃ ｃ
摘要 ： 过 陶瓷 刀具 高速切 削镍基 高温合金 试验 ， 算 了不 同速 度 下切屑 毛边 对 刀具前 刀 面和切 削 通 计 刃的冲 击频 率 ， 析 了切 屑毛 边 对沟槽 磨损 形 成的影 响 ； 计 了去 毛刺 试 验 台， 比分 析 规切 削时待加 工表 面切 削毛 刺尺 寸和 刀具 沟槽 磨损 的 大小 。通过 扫描 电镜 和 能 谱 分析 ， 刀具 沟 对
维普资讯
中 国机 械 工 程 第 １ 卷 第 １ ９ Ｏ期 ２ ０ ０ ８年 ５月 下 半 月
陶瓷刀具高速切 削镍基高温合金沟槽磨损试 验研究
肖茂 华 何 宁 李 亮 刘海 滨
南 京航 空航 天 大 学 ， 京 ， １ ０ ６ 南 ２ ０ １
中 图 分 类 号 ： Ｇ５ ６ Ｔ ０ 文 章 编 号 ：０ ４ １ ２ ２ ０ ）０ １ ８ — ０ １ ０ — ３ Ｘ（ ０ ８ １— １ ８ ５
Ｆ￣ ｒｍｅ ｌｌＳ ｕ ｉｓｏｌＮｏｃ ｅ ｒ ｆ ｒＨｉｈ Ｓ ｅｄ Ｍ ａ ｈｎ ｎ ｆＮｉｋ ｌ ｂ ｓ ｄ Ｓ ｐ ｒ ｌ ｙ ｗｉｈ Ｃ２ａ ｉ ｏ ｌ ＿ ， ｉ ｎａ ｔｄ ｅ ｌ ｔｈ Ｗ ａ ｏ ｇ ｐ ｅ ｃ ｉｉ ｇ ｏ ｃ ｅ － ａ ｅ ｕ ｅ ａｌ ｔ ＿ ｍ ｃＴ ｏｓ ｏ ￣ ｒ
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高温结构陶瓷的研究与应用
高温结构陶瓷的研究与应用xx1，xx21xx材料学院xx班xx号2xx材料学院xx班xx号摘要：本文综述了高温结构陶瓷材料的性能、分类与用途。
并着重介绍了氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、增韧氧化物与纤维补强陶瓷复合材料的特性与开发现状。
介绍了这几种高温结构陶瓷的应用，和目前被比较广泛使用的几种制备工艺。
通过对这些材料的研究，展望这些材料的发展情况。
关键词：高温结构陶瓷；特性；应用1. 引言高温结构陶瓷是一类重要的无机非金属材料,它包括氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、增韧氧化物陶瓷和纤维补强无机复合材料，具有在高温下强度和硬度高姗变小、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损、耐烧蚀等优越性能。
作为高温结构应用,无机非金属新材料具有明显的优越性。
高温结构陶瓷不但性能好,而且比重小,在空间科学和军事技术的许多场合,它往往是唯一可用的材料。
高温结构陶瓷将有十分广泛的应用,从高速切削刀具、高温气体交换器到汽车、坦克和飞机的发动机与燃气轮机、磁流体发电的导管、核聚变反应堆内壁、火箭和导弹的喷管喉部与端头,以及航天飞机外层的绝热瓦等，制作材料无不首推高温结构陶瓷，所以高温结构陶瓷在现在有着广泛的发展空间。
2、高温结构陶瓷种类、相应的特性及研究进展2.1 氮化硅陶瓷氮化硅是国外从五十年代中期发展起来的一类极为重要的非氧化物高温结构陶瓷。
氮化硅的力学和热学性能明显优于一般氧化物陶瓷,它受到各国陶瓷科学家的注意。
纷纷展开研制这种的新型陶瓷材料。
氮化硅是一种共价键化合物,很难进行烧结。
除直接由硅和氮结合的反应烧结氮化硅外,一般都要添加其他化合物,使之与氮化硅反应生成液相以促进烧结,否则就不能制成致密的材料。
这些残留在氮化硅陶瓷内的玻璃相到高温时会软化,从而影响其高温性能。
氮化硅陶瓷在运行温度较低的柴油机和其他发动机的使用情况则很好。
氮化硅陶瓷在热机及汽车工业上巳有许多重要应用,前景美好。
利用氮化硅的高强度、耐磨损、耐腐蚀性能,还可在热机以外的领域得到许多应用。
切削刀具的发展现状与趋势及对策
现代科 技水平 的提高 ，设 备更新换 代速度也越 来越 快 ， １ ０～１ ５年换 一代 ， 在这样短期 内赚 回设备投资并创造 出利润 ，
就要投资研究和改进刀具 ， 依靠刀具挖潜。 据有关资料表 明： 刀具费用占制造成本 ２ ％ ～ ％ ， ． ４ ４ 但却直 接 影 响 占制造 成本 里 边 ２ ％ 的机床 费 用 和 ３ ％￣Ａ３ 费用 。 ０ ８ ２ 还有一种算法 ： 机床与刀具投入 比为 ９： 到 ７： 。只要 １ ３
削技术 。 为提高我 国的装备制造业水平 ， 实现切削加工 的高速 化， 必须研究及开发与高速切削相适应 的刀具材料 、 刀具结 构
及 刀具监控技术 。 唯有如此 ， 才能让高速切削加工技术 在企业
中得 到 成 功 应 用 。
１ 刀具在 切 削加 工 中的重 要性
在机械加工 中， 金属切削机床和刀具 ， 为切削加工 的基 作
刀具投资到位 ，切 削速度 和进 给速 度每提高 １ ２ ５％ Ｏ％， 可
降低制造成本 １ ～１ ０％ ５％田 。
础工艺装备 ， 刀具被称为机床 的“ 牙齿 ” 孪生兄 弟” 无论是 和“ ， 什么样的金属切削机床 ， 都必须依 靠这个“ 牙齿 ” 才能发挥作 ，
用， 离开这个“ 孪生兄弟 ”则一事无成 。刀具的性能和品质 ， ， 直
高效加工 工艺 （ Ｐ 和高生产率 加工工 艺 （ ｓ ， Ｈ Ｍ） Ｈ Ｍ） 反映 出高 速切削技术 的巨大发展潜力 。
高速切削包括高速软切削、 高速硬 切削 、 高速干切削、 大进 给量切削等 ， 其作为一种新的切削工艺 ， 显示出独特的优越性： 首先 ， 是切削效率成倍提高 ； 其次 ， 高速切削有利 于提高产 品 品质 、 是 降低 制造成本 、 缩短交货周期 ； 此外 ， 高速 切削技术 的基础上 ， 发了干切 削（ 在 开 准干切 削、 微量 润滑切削 ）硬切削 （ 、 以车代磨 、 以铣代磨 ） 等新工艺 ， 不仅提高 了加工效率 ，改变 了传统意 义上 不同切削工艺之间 的界限 ， 而且开创 了切削加工“ 绿色制造” 的新 时代 。 与此同时 ， 根据不 同的加 工要求 ， 出现了高进给速度的 还
中国刀具与切削加工技术的发展现状与趋势
中国⼑具与切削加⼯技术的发展现状与趋势⾦属切削⼑具市场的发展现状与趋势随着机床⼯业的飞速发展, 难加⼯材料⽇益增多。
多功能复合⼑具、智能⼑具、⾼速⾼效⼑具逐渐成为现代制造技术的关键装备。
⼑具材料与⼑具结构⽅⾯也有了新的发展。
从⼯艺、性能、结构等⽅⾯对⼑具与切削加⼯技术的发展现状进⾏分析, 并对发展趋势进⾏展望。
1 ⼑具与切削加⼯技术的发展现状1.1 开创了⾼速切削等新⼯艺, 全⾯提⾼了加⼯效率。
⾼速切削作为⼀种新的切削⼯艺显⽰出独特的优越性。
⾸先, 切削效率有显著的提⾼, 加⼯铝合⾦缸盖的PCD ⾯铣⼑, 铣削速度已达402lm/rain, 进给速度5670mm/min; 精加⼯灰铸铁缸体的CBN ⾯铣⼑, 铣削速度已达2000m/min, ⽐传统的硬质合⾦⾯铣⼑提⾼了10 倍。
其次, ⾼速切削还有利于提⾼产品质量、降低制造成本、缩短交货周期。
此外, 在⾼速切削技术的基础上, 开发了⼲切削(准⼲切削、微量润滑切削)、硬切削(以车代磨、以铣代磨) 等新⼯艺, 不仅提⾼了加⼯效率, 改变了传统不同切削加⼯的界限, ⽽且开创了切削加⼯“绿⾊制造”的新时代。
硬切削技术已成为汽车齿轮内孔精加⼯、淬硬模具加⼯实⽤的⾼效新⼯艺。
1.2 以硬质合⾦材料为主的各种⼑具材料性能使硬质合⾦的性能不断改进, 应⽤⾯扩⼤, 成为切削加⼯主要的⼑具材料, 对推动切削效率的提⾼起到了重要作⽤。
⾸先是细颗粒、超细颗粒硬质合⾦材料的开发, 显著地提⾼了硬质合⾦材料的强度和韧性, ⽤它制造的整体硬合⾦⼑具, 尤其是通⽤的量⼤⾯⼴的中⼩规格的钻头、⽴铣⼑、丝锥等⼑具, ⽤来代替传统的⾼速钢⼑具, 使切削速度和加⼯效率提⾼了数倍, 把量⼤⾯⼴的通⽤⼑具带⼊了⾼速切削的范围, 为切削加⼯全⾯进⼊⾼速切削阶段打下了半壁江⼭。
整体硬质合⾦还在⼀些复杂成形⼑具中得到应⽤。
其次, 硬质合⾦加压烧结等新⼯艺的开发和使⽤,提⾼了硬质合⾦的内在质量; 以及针对不同加⼯的需求开发专⽤牌号的做法, ⼜进⼀步提⾼了硬质合⾦的使⽤性能, 在作为化学涂层硬质合⾦⼑⽚牌号的基体材料时, 开发了具有良好抗塑性变形能⼒和韧性表层的梯度硬质合⾦, 提⾼了涂层硬质合⾦⼑⽚的切削性能和应⽤范围。
氮化硅材料的性能、合成方法及进展
氮化硅材料的性能、合成方法及进展摘要：氮化硅作为一种新型无机材料，以其有良好的润滑性，耐磨性，抗氧化等特性受到广泛的关注和深入的研究。
以下对氮化硅的材料的性能、合成方法、意义和进展作简单介绍。
关键词：无机材料；氮化硅；合成方法；性能；进展1前言由于科学技术的不断发展需要，科学家们一直在不停顿地寻找适用于苛刻条件下使用的理想的新材料。
在层出不穷的大量新材料队伍中，氮化硅陶瓷可算是脱颖而出，十分引人注目，日益受到世界各国科学家们的重视。
2氮化硅的材料的性能\合成方法、意义和进展2.1氮化硅的性能和应用氮化硅（Si3N4）是氮和硅的化合物。
在自然界里，氮、硅都是极其普通的元素。
氮是生命的基础，硅是无机世界的主角，这两种元素在我们生活的世界上无所不在，然而，至今人们还未发现自然界里存在这两种元素的化合物。
氮化硅是在人工条件下合成的化合物。
虽早在140多年前就直接合成了氮化硅，但当时仅仅作为一种稳定的“难熔”的氮化物留在人们的记忆中。
二次大战后，科技的迅速发展，迫切需要耐高温、高硬度、高强度、抗腐蚀的材料。
经过长期的努力，直至1955年氮化硅才被重视，七十年代中期才真正制得了高质量、低成本，有广泛重要用途的氮化硅陶瓷制品。
开发过程为何如此艰难，这是因为氮化硅粉体和氮化硅陶瓷制品之间的性能和功能相差甚远，没有一个严格而精细的对氮化硅粉体再加工过程，是得不到具有优异性能的氮化硅陶瓷制品的。
没有氮化硅陶瓷就没有氮化硅如今的重要地位。
2.1.1优异的性能氮化硅陶瓷的优异的性能对于现代技术经常遇到的高温、高速、强腐蚀介质的工作环境，具有特殊的使用价值。
比较突出的性能有：(1)机械强度高，硬度接近于刚玉，有自润滑性，耐磨。
室温抗弯强度可以高达980MPa以上，能与合金钢相比，而且强度可以一直维持到1200℃不下降。
(2)热稳定性好，热膨胀系数小，有良好的导热性能，所以抗热震性很好，从室温到1000℃的热冲击不会开裂。
高速切削技术 文献综述
中原工学院高速切削技术文献综述200901514225材控092班史厚明2012-9-18目录高速切削技术综述 (2)一、总述 (3)二、高速切削的定义 (3)三、高速切削的切削刀具 (5)四、高速切削加工机床的选用 (9)五、高速切削数控编程 (13)六、高速切削数据库 (15)七、高速切削的优点与应用 (17)八、高速切削的适用性 (19)九、小结 (21)高速切削技术综述一、总述对于高速切削的讨论在一定程度上仍是混乱的。
如何定义高速切削(HSM)，目前有许多观点和许多方法。
高速切削的主要目标之一是通过高生产率来降低生产成本。
它主要应用于精加工工序，常常是用于加工淬硬模具钢。
另一个目标是通过缩短生产时间和交货时间提高整体竞争力。
二、高速切削的定义1931年4月德国物理学家Carl.J.Saloman 最早提出了高速切削（High Speed Cutting ）的理论，并于同年申请了专利。
他指出：在常规切削速度范围内，切削温度随着切削速度的提高而升高，但切削速度提高到一定值之后，切削温度不但不会升高反而会降低，且该切削速度VC 与工件材料的种类有关。
对于每一种工件材料都存在一个速度范围，在该速度范围内，由于切削温度过切削速度切削温度T cr T a v 1v cr v 2图表 1 20世纪20年代德国物理学家Carl.J.Salomon 提出高速加工的理论高，刀具材料无法承受，切削加工不可能进行。
要是能越过这个速度范围，高速切削将成为可能，从而大幅度地提高生产效率。
由于实验条件的限制，当时高速切削无法付诸实践，但这个思想给后人一个非常重要的启示。
目前高速切削已经有了一定的应用，但要给高速铣削下一个确切的定义还较困难，高速切削的切削速度范围较难给出。
高速切削是一个相对概念，它与加工材料、加工方式、刀具、切削参数等有很大的关系。
一般认为，高速切削的切削速度是常规切削速度的5～10倍。
对常用材料，一些资料给出了大致数据：铝合金1500～5500 m/min ；铜合金900 ～5000 m/min ；钛合金100～1000 m/min ；铸铁750～4500 m/min ；钢600～800 m/min 。
氮化硅陶瓷概述
总结词
氮化硅陶瓷在航空航天领域中主要用于制造高温部件和结构 件，如燃烧室、喷嘴、涡轮等。
详细描述
由于氮化硅陶瓷具有出色的高温稳定性和抗氧化性能，因此 在航空航天领域中广泛应用于制造各种高温部件和结构件。 例如，氮化硅陶瓷燃烧室能够承受极高的温度和压力，从而 提高航空发动机的效率和可靠性。
汽车工业
总结词
氮化硅陶瓷概述
目 录
• 氮化硅陶瓷的定义与特性 • 氮化硅陶瓷的制备方法 • 氮化硅陶瓷的应用领域 • 氮化硅陶瓷的发展前景与挑战
01 氮化硅陶瓷的定义与特性
定义
01
氮化硅陶瓷是一种无机非金属材 料，由硅和氮元素以化学键结合 而成。
02
它具有高硬度、高强度、低热膨 胀系数等特点，被广泛应用于高 温、耐磨、耐腐蚀等极端环境下 的应用。
物理特性
01
02
03பைடு நூலகம்
高硬度
氮化硅陶瓷的硬度仅次于 金刚石和碳化硅，具有极 佳的耐磨性和耐划痕性。
高温稳定性
在高温下仍能保持优良的 力学性能和稳定性，可在 高达1200℃以上的高温环 境下长期使用。
低热膨胀系数
氮化硅陶瓷的热膨胀系数 接近于零，因此具有优良 的热稳定性，能够适应温 度变化较大的工作环境。
面临的挑战
高成本
氮化硅陶瓷的制备工艺复 杂，成本较高，限制了其 在一些领域的广泛应用。
性能稳定性
氮化硅陶瓷的力学性能和 热稳定性有待进一步提高， 以满足某些极端条件下的 应用需求。
生产规模
目前氮化硅陶瓷的生产规 模相对较小，难以满足大 规模市场需求，需要进一 步扩大生产规模。
未来研究方向
性能提升
溶胶-凝胶法
总结词
氮化硅陶瓷
氮化硅陶瓷的研究作者：王雪董茁卉张磊杨柳范雪孙亚静、陈雅倩、吕海涛、徐志华、张国庆、于希晶。
（吉林化工学院132022）摘要：氮化硅陶瓷是一种有广阔发展前景的耐高温高强度结构陶瓷。
氮化硅陶瓷在高技术陶瓷中占有重要地位，其具有高性能（如强度高、硬度高、抗热震稳定性好、疲劳韧性高、室温抗弯强度高、耐磨、耐化学腐蚀和很好的高温稳定性、抗氧化性能等），与其他陶瓷相比，氮化硅陶瓷比重小，热膨胀系数低，抗热冲击性好，断裂韧性高，是一种理想的高温结构材料和高速切削工具陶瓷材料。
因此氮化硅陶瓷在航天航空、汽车发动、机械、化工、石油等领域有着广泛的用途，也为新型高温结构材料的发展开创了新局面。
目前氮化硅陶瓷制品主要存在的问题是产品韧性低、成本高。
今后应改善制粉、成型、和烧结工艺及氮化硅与碳化硅的复合化，研制出性能更佳的氮化硅陶瓷。
本文介绍了氮化硅陶瓷的基本性能，综述了氮化硅陶瓷的制备工艺和应用领域，并展望了氮化硅陶瓷的发展前景。
关键词：氮化硅；陶瓷；性能；应用；Abstract:Silicon nitride ceramics is high temperature and high strength structuralceramics has a broad development prospect. Silicon nitride ceramics occupies an important position in the high technology ceramics, it has high performance(such as high strength, high hardness, good thermal shock stability, hightemperature fatigue toughness, high bendingstrength, wear resistance,chemical corrosion resistance and high temperature stability, good oxidation resistance properties), compared withother ceramics, silicon nitride ceramics the proportion of small, low thermal expansion coefficient, good heat shock resistance, high fracture toughness, is a kind of ideal candidates for high temperature structural materials and high speed cutting tool ceramics.Therefore, silicon nitride ceramicsin aerospace, automobile engine, mechanical,chemical, oil and other fields have a wide range of uses, has created a new situation for the development of new high temperature structural materials. Thesilicon nitride ceramic products the main problems is the product of low toughness, high cost. We should improve milling, molding compound, and the sintering process and silicon nitride and silicon carbide, silicon nitrideceramicsdeveloped better performance. This paper introduces thebasic properties of silicon nitride ceramics, reviews the preparation technology and application of silicon nitride ceramics, and prospects the future development of silicon nitride ceramics.Keywords:silicon nitride ceramic;performance;application;引言自20世纪60年代开始，氮化硅陶瓷作为最优异的非氧化物陶瓷材料之一，被期望能用于燃气轮机上，而逐渐蓬勃地发展了40多年，成为了一个以氮化硅为基的氮陶瓷领域。
氮化硅陶瓷粉体产业现状与发展趋势
综述与评述Summary&Review氮化硅陶瓷是高温结构陶瓷中最有应用潜力的材料之一，是一种具有高强度、断裂韧性、高硬度、耐磨性和良好的化学和热稳定性的先进工程陶瓷。
氮化硅是由Si-N四面体组成的一种无机非金属强共价键化合物，氮化硅具有3种晶体结构形态的物相，分别是α相、β相和γ相。
其中α相和β相是Si3N4最常见的形态，均属于六方晶系，特殊的稳定网络结构赋予了其诸多优异性能。
多用来制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件以及半导体绝缘基片材料等，广泛应用于机械工程、超细研磨、半导体、透波材料、航空航天、生物陶瓷等领域。
高质量粉体是制备高性能氮化硅陶瓷的基础、低成本的粉体制备技术是氮化硅陶瓷广泛应用的关键。
自20世纪30年代起，通过设计反应体系和采用强化传热或传质等手段，氮化硅粉体质量得到了显著的改善。
主要的制备方法有硅粉直接氮化法、自蔓延法、碳热还原法、热分解法、溶胶-凝胶法、化学气相沉积法等。
目前市场上的商业氮化硅粉体的制备方法主要有：硅粉直接氮化法是最早的制备氮化硅粉体所用的方法。
目前，工业生产中工艺较为成熟，能够规模化生产，并且生产成本相对较低，被国内外大多数企业采用，德国的ALZ、H.C.Starck、瑞典的VESTA、日本的Denka等国际著名粉体厂商均采用该方法批量化生产氮化硅粉。
但该方法生产所得的氮化硅粉容易含有Fe、Ca、Al等杂质元素，粉体中β相含量以及氧含量较高，不利于高性能氮化硅陶瓷的制备。
李军生(辽宁省国家新型原材料基地建设工程中心,沈阳110000),并展望了产业发展趋势。
;制备方法;产业发展现状企业α相Si0Fe Ca Haganlis(H.C.Starck)9060.9 1.30.00050.0005ALZChem93<0.2<1.00.00150.0008烟台同立高科90<0.1<1.60.00020.0003埃克诺新材料920.1 1.30.00050.0005河北高富800.1 1.00.010.01淄博恒世科技900.1<0.60.00030.0003青岛瓷兴>900.2<1.5<0.0005<0.0005中材高新930.2≤1.50.00002<0.01德盛特种陶瓷900.025 1.20.0020.001北京中联阳光900.15≤1.00.0010.0005泰晟新材料92 1.2 1.5<0.010.001安赛美精细陶瓷93.50.5 1.50.060.008表1国内外采用自蔓延燃烧技术生产SiN粉体质量（wt%）企业α相C 0Fe Al Mg Ca 日本东芝约960.09-0.80.9-3.5约0.0044约0.0006约0.00020.0018-0.0052日本住友约990.6~1.3 1.0~4.1约0.003约0.0022约0.0009约0.002臻璟新材约95.3约0.9约1.5<0.01<0.01<0.01<0.01凯新特材约900.2~3.8约1.3<0.01<0.01<0.01<0.01自蔓延法又称自蔓延高温合成法（SHS ），是近年来新兴的一种制备方法。
氮化硅陶瓷件的力学性能测试与分析
氮化硅陶瓷件的力学性能测试与分析引言：氮化硅陶瓷件是一种具有材料优异性能的工程陶瓷。
它具有高硬度、高抗磨损性、高温稳定性、优异的力学性能以及电绝缘性等特点，因此被广泛应用于航空航天、汽车、能源、电子等领域。
本文将重点介绍氮化硅陶瓷件力学性能的测试与分析方法，并探讨其应用。
一、氮化硅陶瓷件力学性能测试方法1. 弹性模量测试弹性模量是描述材料抵抗形变的能力的物理量。
常见的测试方法有压缩试验、弯曲试验和超声波测试。
在氮化硅陶瓷件力学性能测试中，常采用固定荷重下的压缩试验方法。
通过施加不同荷载并测量材料的形变，可以得到弹性模量的数值。
2. 摩擦学性能测试摩擦学性能是衡量材料在摩擦条件下的耐磨性能的指标。
常用的测试方法包括摩擦系数测试和磨损量测试。
在氮化硅陶瓷件力学性能测试中，可采用球盘摩擦试验机进行摩擦系数测试。
通过测量试样材料在不同载荷下的摩擦力和摩擦系数，可以评估其摩擦学性能。
3. 强度测试强度是材料抵抗外力破坏的能力。
常用的测试方法有拉伸试验、弯曲试验、压缩试验等。
对于氮化硅陶瓷件来说，由于其脆性较强，不易进行拉伸试验，因此常采用压缩试验来测试其强度。
通过施加不同荷载并测量材料的破坏形态，可以评估其强度。
二、氮化硅陶瓷件力学性能分析方法1. 有限元分析有限元分析是一种通过将复杂结构划分成多个小单元，并用数学方法模拟各个单元之间内外力的相互作用和相互影响的方法。
可以通过有限元软件对氮化硅陶瓷件进行建模，并模拟不同力学条件下的应力分布和变形情况。
通过分析模拟结果，可以评估氮化硅陶瓷件的力学性能和可靠性。
2. 应力松弛分析应力松弛是材料在一定温度下在恒定应力作用下的应变随时间的变化。
通过将氮化硅陶瓷件置于一定载荷下，并在恒定温度条件下测量其应变随时间的变化，可以得到其应力松弛特性。
进一步分析应力松弛的规律，可以揭示材料的内部结构和材料本身的力学性能。
3. 微观分析微观分析是通过高分辨率显微镜观察材料的微观结构和断裂面形貌，从而揭示材料的力学性能。
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国外研究
在5m/s时材料磨损最小，当速 度大于5m/s时材料磨损加剧
国外研究
a.接触表面SEM图 b.SIALON截面图：s=2000m,5m/s,F=200N
a.接触表面SEM图 b.SIALON截面图：s=2000m,25m/s,F=200N
国外研究
结论：
1. Sialon和Inconel718会在接触区域形成摩擦化学 反应层，其中主要反应物质为氧化铬和二氧化硅;
氮化硅系列陶瓷刀具高速切削高温合金 研究现状
目录
刀具材料介绍 国内研究现状
国外研究现状
目录
刀具材料介绍
氮 化 硅 陶 瓷
刀具材料介绍
材料优点
1. 抗弯强度高：一般达900～1000MPa(据资料报道,有的高达1500Mpa)； 2. 硬度高：室温硬度值达到92.5HRA～94HRA, 可用于加工硬度高达65HRC
、Co、Ta和Nb等重要金属
结论：适合切削铸铁、高温合金和镍基合金等材料,尤其适用于较大进给量
目录
国内研究现状
沈阳黎明发动机（赵秀芬）
转包机匣加工 材料：inco718 实验设备：五坐标加工中心 实验刀具：强力夹紧刀柄 铣刀盘直径：d=31.75mm、Z=3 刀片材料：TiN金属陶瓷、氮化硅赛阿龙陶瓷 冷却方式：干切削、风冷切屑 加工难点：其形状中间有很多“岛区”,单边加工余 量最大≥ 30 mm,最小≥ 20 mm
磨损标准VB=0.6mm
国内研究现状
后刀面磨损
a、切削距离200mm
b、切削距离600mm
切削速度500m/min 切削速度720m/min
切削速度1037m/min
在较高速度下，刀具的磨损主要 是以磨粒磨损和微剥落为主; 较 低速度下，刀具主要以磨粒磨损 和沟槽磨损为主，黏结是加速沟 槽磨损的重要因素。
报废刀片
切屑形状
国内研究现状
普通带状切屑
线速度≥400 m/min时,改变了高温 合金的带状切屑,切屑形态为C形屑 线速度≥ 700 m/min时切屑形态变 成了酥脆的单元碎屑。 剪切区滑移增加，传递切削热增加
国内研究现状
辽宁石油化工大学（孙士雷）
陶瓷刀具铣削高温合金材料试验 材料：GH4169 实验设备：EMCO FAMUP MC120-60四轴加工中心 实验刀具：山特维克 RNGN 120700 CC6060 刀具尺寸：ø12.7×4.86 刀片材料：氮化硅赛阿龙陶瓷 刀具参数：前角-6°，后角6° 切削长度：600mm 切削深度：ap=0.7mm 切削速度（m/min）：500,600,720,864,1037 冷却方式：干切削
机匣图片
国内研究现状
机匣的切削试验
刀片材料 TiN金属陶瓷
转速 (r/min) 3500
4000
6000
f(mm/min) 716 1540 1540
ap
切削角(°) 切削时
(mm)
间(s)
2
30
70
2
30
80
2
30
90
刀片磨损形式 崩齿严重 刀片半层剥落 侧刃有崩齿
7500
1900
2
30
110
刀片半层剥落
7500
1800
2
0
138
崩齿严重
7500
2000
3
0
180
磨损不大
7500
2000
3
0
190
磨损不大
7500
2000
3
0
190
磨损不大
国内研究现状
分析
赛阿龙刀片
2、加工采用大切深，切深接触长度大,产生的切削热高, 使被加工材料自身发生软化（≥750℃）
3、优化加工程序,在拐角处参数应衰减的处,改成走圆角, 减小加工中设备振动和防止零件过热
国内研究现状
后刀面磨损：随着切削速度的增加，变化不大，保持基本稳定 沟槽磨损：随着切削速度的增加急剧下降，在速度为1037m/min时，磨损量为零
目录
国外研究
德国弗劳恩霍夫材料力学研究所
陶瓷刀具滑动摩擦化学磨损实验 材料：inco718 刀片材料：Sialon陶瓷 冷却方式：干切削
滑动摩擦距离：2000m 相对速度（m/s）：1,5,10,25 压力：100N,200N
2. 在一定压力载荷范围内，该反应层能起到润滑和 保护的功能;
3. 随着载荷的增大，摩擦产生的热量会增加，这将 导致反应层迅速增大并变得不稳定
目录
结论
的各类淬硬钢和硬化铸铁； 3. 耐磨性好：可减少加工中的换刀次数,从而提高精度； 4. 良好的断裂韧性：切削时不易产生裂纹，可以进行氧化皮切削、断续切削
、湿式切削和端铣等场合； 5. 热硬性好：在1200℃的高温下,硬度仍能保持80HRA以上； 6. 摩擦系数小：不易产生积屑瘤,可以进行高速切削； 7. 原料普遍：原料是自然界很丰富的氮和硅,用它代替硬质合金,可节约大量W