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陶瓷刀具范文1
關鍵詞：金屬陶瓷刀具；切削淬火鋼；磨損機理；單元素；切削實驗 文獻標識碼：A
中圖分類號：TG714 文章編號：1009-2374（2015）05-0083-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.0373
金屬陶瓷作為一種在刀具生產當中廣泛運用的材料，經常用于鑄鐵與鋼材的加工。不僅如此，金屬陶瓷還經常用于干切削，刀削面的溫度通常較高，當中的強度與硬度必須有相應的平衡。目前陶瓷金屬摩擦損傷的研究在摩擦領域當中是重點研究的課題之一。淬火鋼在金屬切削的實驗當中，硬度與強度均是9A級，屬于比較難切削的材料之一，對陶瓷金屬進行切削實驗的研究，可以讓陶瓷金屬的實用價值提高。本文當中使用的真空加工形成的陶瓷金屬刀片，對其進行了單元素的切削實驗，并對其中的問題作出闡述，從而找出解決的辦法。
1 實驗
實驗當中所使用刀具的材料為Tinc-Tin-MO2系金屬陶瓷，主要的成分為Tic粉與Tnc納米結合物，使用常見的真空燒制工藝，然后再將刀片放入到打磨機床當中進行加工，最終形成刀片。
切削實驗是在C012sxs號機床上進行的。實驗刀片的型號為SUNM5122，刀片的安裝角度為d=45°，y=0°，a=6°，r=-6°。采用多重切削的方式。檢測實驗過后刀片的磨損值。被切削材料的淬火鋼硬度為56與66HRC之間。
使用Jda-5700lc觀察鏡觀察刀片磨損后的表面形態，同時使用Naosh-694A能譜儀對刀片表面進行全方面的分析，最后將刀具放入到Ksoini648電子定點儀當中，對刀具面與點進行統計分析，工作的電壓不能超過16kV。
2 實驗結果與分析
2.1 切削實驗
通過實驗結果得到的數據來看，具有納米復合金屬的刀具在初期階段的磨損規律是相同的，隨著時間的延長，刀具的磨損率會漸漸加大，從正常磨損階段轉換為疲勞磨損。另外，當磨損速度加快的時候，刀具的耐磨度會大打折扣，最后總讓刀具的表面失效。隨著進量的加大，刀具的耐磨度比實驗初期的耐磨度有所降低，當S=0.26mm/r情況下，刀具磨損表面會產生明顯的初期磨損現象，當S=0.53mm/r時，刀具表面的曲線會呈現一線型曲線，這個時候刀具表面就開始進入了疲勞磨損期。當刀具切削度增加時，刀具表面不會出現明顯的初期磨損現象，但是刀具的耐久度會快速下降。
圖1
圖1是通用合金刀片YT15與TN20的切削性能的對比圖。從對比圖當中我們可以很清楚地看到，切削實驗當中的淬火鋼金屬陶瓷刀片NM在切削性與耐磨性方面有很好的效果。當切削時間到達122min時，金屬陶瓷刀片最佳的磨損值為0.2，可以明確看出對比刀片的磨損值較低。YT15的耐久度為17min，TN20的耐久度為9min，當YT的磨損值達到臨界點過后，最終成為崩刃，因此這就說明了納米復合金屬陶瓷刀片在淬火鋼方面有良好的表現。
2.2 SEM技術與EPMA技術的分析
為了對納米金屬陶瓷刀具的切削性能進行探究，使用SEM與EPMA技術對刀具材質的本身進行了詳細的分析。當實驗切削用量為V=32m/min，f=0.22mm/r，a=1mm的時候，實驗刀具的前面與后面均會出現SEM磨損類型，刀尖處處于高度SEM形貌。作者從實驗得知，納米復合金屬陶瓷刀片淬火實驗蛀牙的磨損部位是刀尖處，在刀面向的磨損會過渡失效，并且受到磨損的刀面會呈現凹凸狀，刀尖處受到擠壓變形的痕跡很明顯，距離刀口189pm的地方出現了一到裂紋。從這里我們可以知道，納米復合金屬陶瓷刀具在受到擠壓變形后會嚴重
失效。
Ti、Mo、W、Ni這四種元素是刀具表面磨損過大時才會生產的元素，裂痕與刀面的受損面積保持一致，為刀具的碳合金元素。在裂紋集聚區當中仍然可以檢測到Fe、Mn金屬元素的分布，那么就可以斷定Fn、Mn金屬元素在接受淬火實驗時發生了裂變，一個整體的元素模塊向刀具周圍散開，在實驗當中發生了粘附磨損。為了進一步確定實驗數據的正確性，對上圖當中的各項磨損現象進行了線形分析，通過實驗看到各項數據都與實驗預期效果相同，各項數據都相對的溫和。
2.3 磨損機理分析
2.3.1 強壓下的壓力變形。刀具在進行切削作業的時候，刀前面與刀背面的最高壓力點都不在刀尖上，而是在離刀尖有一段的地方，這種情況是由于切削熱量沿著刀面不斷延伸，再加上切削滯留層的影響。淬火鋼由于硬度比一般的鋼材都高，當中會產生多次阻礙摩擦，阻礙摩擦的熱量相當的高，通過刀具的切削層傳入刀面，最終讓刀具產生巨大的熱量。
淬火鋼的硬度為52～55HRC，遠遠高于正火鋼的硬度，不僅如此，淬火鋼的馬氏金組織，抗變形能力較好，當切削形成的時候使用自身的抗變形能力來發出大量的能量，切削的力度比正火鋼的切削力度多了37%，再加上馬氏金材料的特性，整體鋼材硬度約為正火鋼
的55%。
2.3.2 粘附磨損機制。當納米復合刀具在切削淬火鋼的時候，刀具表面的溫度會高達1000℃，在這樣高的溫度下，Ni元素的擴散面更廣，速度也相對較快，使得刀具表面的硬度相當于刀具表面粘附度，從而形成了有力的磨損環境。在高溫的環境下，淬火鋼的導熱系數較低，刀具當中的摩擦熱量主要發生在刀具的中下層，使得刀具中下層發生較大塑性現象，由于對刀具上層的影響效果不大，因此在刀具的上層發生了較大的溫度值與硬度值。而刀具當中產生的切削運動和摩擦運動當中產生的硬度與溫度的變化，是刀具粘附磨損的基本條件。由于刀具底層溫度的特性，使得當中的Fe奧式形體晶塊的力方面與fcc晶塊的y-ce相同，讓兩者之間的尺寸差異較小，電子模塊的整體結構相當，從而使刀具的親和力加大。
3 結語
總結全文給出的信息來看，真空工藝燒紙的納米復合陶瓷金屬刀具在切削淬火鋼方面有很好的效果，刀具的使用耐磨度與切削效果都比較高，遠遠優于YT15與TN20鋼材的刀具。
參考文獻
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陶瓷刀具范文2
關鍵詞：情緒導向；陶瓷餐具設計
1 引言
情緒種類豐富，如喜悅、憤怒、難過等，這與人的心理需求有關。包含了“情緒”的街頭采訪“你幸福嗎？”紅極一時，“情緒”也是影響設計師設計的重要因素。在現代，設計師需要把目光更多地關注在陶瓷餐具對使用者的情緒導向方面，從感性和理性的角度進一步思考，分析使用者在使用陶瓷餐具時觸發的情緒來獲得設計靈感。情緒化導向的陶瓷餐具設計是一個饒有意義的出發點，能填補設計的空缺，更好地拓展陶瓷餐具的設計方向。
2 何為情緒導向
情緒表現的是人們內心的情感，是對產品的第一直觀感覺，是重要的、直觀的、短暫的，可以引起人們的內心情感共鳴。
現代生活節奏快，社會競爭壓力大，人們在用餐過程中的每一件用餐物品的形狀、使用都會引發我們的情緒觸動，留下它們的使用記憶。陶瓷餐具已不再是單一的產品，也不只是停留在“可用”的層面上，而是越發重視使用者用餐體驗中的情緒問題。這一現象也反映在陶瓷餐具設計領域，人們在使用陶瓷餐具的過程中更希望產品能帶來愉快的生活體驗，消除消極的情緒。
因此，在現代陶瓷餐具設計中，我們需更多的重視使用者的心態，了解使用者對于陶瓷餐具的情感需求，通過對情緒導向設計的探索，巧妙地運用到現代設計中，用陶瓷餐具體現情緒，把握情緒，優化情緒，從而得到用餐者的認可和喜愛。因此，分析陶瓷餐具設計的“情緒”表達方式，判斷陶瓷餐具設計的方向，構建陶瓷餐具情緒化設計的特征，形成個性化的設計思路，推進情緒設計在陶瓷餐具產品設計中的發展，賦予陶瓷餐具裝飾獨特的品味和個性，成為現代陶瓷餐具裝飾的又一種設計發展趨勢。
3 基于情緒導向的陶瓷餐具設計定位
情緒是人們直觀的生理反映，使用者在使用陶瓷餐具時會有或高興、或滿足、或喜悅、或焦慮、或憤怒的情緒，設計師需要從多角度考慮用戶的感受和情緒，來明確自己對于陶瓷餐具的情緒設計需求，及時調節用餐者的情緒。
3.1 基于情緒導向的合理化陶瓷餐具造型設計
陶瓷餐具具有材質細膩、輕薄、胎體堅韌耐磨、成分健康等優點，深受使用者喜愛。陶瓷餐具的功用造型有碗、碟、盤、勺、鍋、罐等，不同的造型承載著不同的文化內涵與情緒。
陶瓷餐具造型設計的評判標準是看是否使用方便，能否給使用者帶來好的用餐體驗?？梢?，造型是陶瓷餐具設計情緒導向的先決條件，直接影響到陶瓷餐具使用者的情緒。因此，陶瓷餐具的設計首先需要考慮到使用者的使用方式是否與餐具的造型特征一致，應從多方位、多角度考慮，如人的年齡層次、飲食結構等對造型進行區分設計，進一步考慮到用餐方式、容量，來設計出適用的陶瓷餐具，引導用餐者的用餐情緒；其次是要考慮到造型的弧度、高度等方面是否在使用過程中順手好用，陶瓷餐具直接與食物接觸，在強調造型線條流暢的基礎上，需注意無尖銳的棱角設計，減少死角，便于清洗，若造型設計死角、棱角過多會影響抓握或者清洗，會在使用體驗上大打折扣；再次，從安全的角度考慮，陶瓷餐具應該避免因造型設計不當而引起的意外傷害，減少在使用過程中的損壞幾率，在使用中感受到安全舒心；最后，也可嘗試加入個性的造型裝飾，賦予產品更多的寓意，給人們足夠的想象空間，給使用者帶來一種新穎的視覺心理感受。
由此可見，優美流暢的造型，適時的角度設計，會直接影響到使用者的情緒感受，在符合我國傳統的設計理念和文化內涵的同時，給使用者帶來心情的愉悅和進餐的快樂。
3.2 基于情緒導向的個性化陶瓷餐具視覺裝飾設計
古語云：“美食不如美器”。在購買和使用陶瓷餐具的時候，人們不再僅局限于對陶瓷餐具使用性的需求，而是更加注重美的視覺裝飾效果。
然而，現今大多數陶瓷餐具裝飾設計過于單一，忽視了陶瓷餐具的視覺情緒因素，給人一種冰冷乏味的感覺，這在一定程度上阻礙了陶瓷餐具的設計發展。因此，設計師應該在分析其造型形式要素的基礎上，增加裝飾圖形、色彩等方面的考慮，對陶瓷餐具進行適度、有效的裝飾設計規劃，對陶瓷餐具的空間及細節進行裝飾設計處理，增強整體的裝飾美化效果和視覺形式美感，給使用者帶來視覺上享受的同時，增加情緒上的舒適美感。
由此可見，陶瓷餐具在裝飾設計上需從兩個方面入手：其一是圖形紋飾。合適的圖形紋飾能夠給人帶來賞心悅目的感覺，帶來積極的情緒體驗。如大型成套餐具可以加入故事的元素，使整套陶瓷餐具裝飾設計不僅具有視覺連貫性，同時也具有文化色彩和人文情懷。又如，兒童具有強烈的好奇心和豐富的想象力，在選用裝飾圖形的過程中，應偏向于選用更為活潑可愛的卡通趣味性的圖案，突出童趣，提升兒童陶瓷餐具的藝術品味，給兒童帶來一種積極的用餐感受；其二是色彩的表現。色彩是人的“第一視覺”，人們在不同的色彩環境下有不同的情緒變化。當人們處于紅色的環境背景下，心跳會加快；而處于藍色環境背景時，會表現得較為平靜，可見，色彩直接影響著人們的情緒表達。因此，陶瓷餐具設計可以在一定程度上巧妙運用陶瓷釉色的色彩，喚起人們在就餐過程中的積極情緒，提升人們的用餐興趣。此外，也需要考慮到陶瓷產品色彩設計的時代趨勢，考慮到這個時代人們對時尚色彩的愛好傾向，利用陶瓷餐具的陶瓷釉彩設計來表達并展示人們對于用餐產品的美學追求，提升其藝術價值，帶給人們更多的視覺享受。
3.3 基于情緒導向的人性化陶瓷餐具的功能設計
一件成功的產品設計，應“形式服從功能”。因此需要在滿足基本功能的基礎上，在使用過程中找到新功能設計的突破口，來進一步滿足對陶瓷餐具的功能情緒需求，更好地達到食與器的統一。例如，人們在就餐過程中，陶瓷餐具的擺放方式及數量可能會受到擺放面積的限制，這就需要將陶瓷餐具進行組合擺放，可以在一定程度上提升空間的利用率，避免空間浪費?；驅⑵淦春铣闪硪环N造型，能在賦予餐具多樣化的視覺情緒樂趣，提高餐具與人的互動，享受使用過程。又如，陶瓷餐具使用后需要有一定的收納空間，以節省空間為目的，需考慮到如何更便捷地收納碗、盤，改變餐具的放置方式，加強陶瓷餐具的縱向組合方式，強化收納功能，協調形態與功能的關系，帶來更好的使用體驗。
總之，陶瓷餐具的設計也越發傾向于多元化的發展，需要更多地加入情緒化設計，用更優美的造型、豐富而富于意蘊的裝飾元素、細膩柔和的質地、溫潤的光澤質感，使陶瓷餐具不僅賦予人們賞心悅目的視覺美感，同時更多地關注人們的使用情緒感受，進一步提升陶瓷餐具的設計追求。
參考文獻
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陶瓷刀具范文3
關鍵詞：高速切削刀具；數控加工；應用
一、高速切削技術和高速切削刀具
目前，切削加工仍是機械制造行業應用廣泛的一種加工方法。其中，集高效、高精度和低成本于一身的高速切削加工技術已經成為機械制造領域的新秀和主要加工手段。
“高速切削”的概念首先是由德國的C.S~omom博士提出的，并于1931年4月發表了著名的切削速度與切削溫度的理論。該理論的核心是：在常規的切削速度范圍內，切削溫度隨著切削速度的增大而提高，當到達某一速度極限后，切削溫度隨著切削速度的提高反而降低。此后，高速切削技術的發展經歷了以下4個階段：高速切削的設想與理論探索階段(193l—l971年)，高速切削的應用探索階段(1972-1978年)，高速切削實用階段(1979--1984年)，高速切削成熟階段(20世紀90年代至今)。高速切削加工與常規的切削加工相比具有以下優點：第一，生產效率提高3～1O倍。第二，切削力降低30%以上，尤其是徑向切削分力大幅度減少，特別有利于提高薄壁件、細長件等剛性差的零件的加工精度。第三，切削熱95%被切屑帶走，特別適合加工容易熱變形的零件。第四，高速切削時，機床的激振頻率遠離工藝系統的固有頻率，工作平穩，振動較小，適合加工精密零件。
高速切削刀具是實現高速加工技術的關鍵。刀具技術是實現高速切削加工的關鍵技術之一，不合適的刀具會使復雜、昂貴的機床或加工系統形同虛設，完全不起作用。由于高速切削的切削速度快，而高速加工線速度主要受刀具限制，因為在目前機床所能達到的高速范圍內，速度越高，刀具的磨損越快。因此，高速切削對刀具材料提出了更高的要求，除了具備普通刀具材料的一些基本性能之外，還應突出要求高速切削刀具具備高的耐熱性、抗熱沖擊性、良好的高溫力學性能及高的可靠性。高速切削技術的發展在很大程度上得益于超硬刀具材料的出現及發展。目前常用的高速切削刀具材料有：聚晶金剛石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、陶瓷、Ti(C，N)基金屬陶瓷、涂層刀具fCVD)~超細晶粒硬質合金等刀具材料。
二、高速切削刀具的發展情況
金剛石刀具材料。金剛石刀具具有硬度高、抗壓強度高、導熱性及耐磨性好等特性，可在高速切削中獲得很高的加工精度和加工效率。金剛石刀具分為天然金剛石和人造金剛石刀具。然而，由于天然金剛石價格昂貴，加工焊接非常困難，除少數特殊用途外，很少作為切削工具應用在工業中。近年來開發了多種化學機理研磨金剛石刀具的方法和保護氣釬焊金剛石技術，使天然金剛石刀具的制造過程變得比較簡單，因此在超精密鏡面切削的高技術應用領域，天然金剛石起到了重要作用。
立方氮化硼刀具材料。立方氮化硼(CBN)是純人工合成的材料，是20世紀50年代末用制造金剛石相似的方法合成的第二種超材料——CBN微粉。立方氮化硼(CBN)是硬度僅次于金剛石的超硬材料。雖然CBN的硬度低于金剛石，但其氧化溫度高達1360℃，且與鐵磁類材料具有較低的親和性。因此，雖然目前CBN還是以燒結體形式進行制備，但仍是適合鋼類材料切削，具有高耐磨性的優良刀具材料。CBN具有高硬度、高熱穩定性、高化學穩定性等優異性能，因此特別適合加工高硬度、高韌性的難加工金屬材料。PCBN刀具是能夠滿足先進切削要求的主要刀具材料，也是國內外公認的用于硬態切削，高速切削以及干式切削加工的理想刀具材料。PCBN刀具主要用于加工淬硬鋼、鑄鐵、高溫合金以及表面噴涂材料等。國外的汽車制造業大量使用PCBN刀具切削鑄鐵材料。PCBN刀具已為國外主要汽車制造廠家各條生產線上使用的新一代刀具。
陶瓷刀具。與硬質合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度、紅硬性和耐磨性。因此，加工鋼材時，陶瓷刀具的耐用度為硬質合金刀具的10～20倍，其紅硬性比硬質合金高2～6倍，且化學穩定性、抗氧化能力等均優于硬質合金。陶瓷刀具材料的強度低、韌性差，制約了它的應用推廣，而超微粉技術的發展和納米復合材料的研究為其發展增添了新的活力。陶瓷刀具是最有發展潛力的高速切削刀具，在生產中有美好的應用前景，目前已引起世界各國的重視。在德國約70%加工鑄件的工序是用陶瓷刀具完成的，而日本陶瓷刀具的年消耗量已占刀具總量的8%～l0%。
涂層刀具。涂層材料的發展，已由最初的單一TiN涂層、TiC涂層，經歷了TiC-112o3-TiN復合涂層和TiCN、TiA1N等多元復合涂層的發展階段，現在最新發展了TiN/NbN、TiN/CN，等多元復合薄膜材料，使刀具涂層的性能有了很大提高。硬質涂層材料中，工藝最成熟、應用最廣泛的是TiN。(氮)化鈦基硬質合金(金屬陶瓷)金屬陶瓷與由WC構成的硬質合金不同，主要由陶瓷顆粒、TiC和TiN、粘結劑Ni、Co、Mo等構成。金屬陶瓷的硬度和紅硬性高于硬質合金而低于陶瓷材料，橫向斷裂強度大于陶瓷材料而小于硬質合金，化學穩定性和抗氧化性好，耐剝離磨損，耐氧化和擴散，具有較低的粘結傾向和較高的刀刃強度。
三、高速切削刀具的具體應用情況
理想的刀具材料應具有較高的硬度和耐磨性，與工件有較小的化學親和力，高的熱傳導系數，良好的機械性能和熱穩定性能。理想的刀具使得高速硬切削能夠作為代替磨削的最后成型工藝，達到工件表面粗糙度、表面完整性和工件精度的加工要求。硬質合金刀具具有良好的抗拉強度和斷裂韌性，但由于較低的硬度和較差的高溫穩定性，使其在高速硬切削中的應用受到一定限制。但細晶粒和超細晶粒的硬質合金由于晶粒細化后，硬質相尺寸變小，粘結相更均勻地分布在硬質相的周圍，提高了硬質合金的硬度與耐磨性，在硬切削中獲得較廣泛應用。
陶瓷刀具和CBN刀具是在高速硬車削和端面銑削中最常用的刀具。它們所具有的高硬度和良好的高溫穩定性，使其能夠承受在硬切削過程中高的機械應力和熱應力負荷。與陶瓷刀具相比，CBN刀具擁有更高的斷裂韌性，因此更適合斷續切削加工。為保證工件較高的尺寸精度和形狀精度，高的熱傳導率和低的熱膨脹系數也應是刀具材料所應具有的重要性質。因此，具有優良綜合性能的CBN刀具是最適合用于高速硬切削的刀具。聚晶金剛石刀具的硬度雖然超過立方氮化硼刀具，但即使在低溫下，其對黑色金屬中鐵的親和力也很強，易引起化學反應，因此不能用于鋼的硬切削。
一般而言，PCD刀具適合于對鋁、鎂、銅等有色金屬材料及其合金和非金屬材料的高速加工；而CBN、陶瓷刀具、涂層硬質合金刀具適合于鋼鐵等黑色金屬的高速加工。故在模具加工中，特別是針對淬硬性模具鋼等高硬度鋼材的加工，CBN刀具性能最好，其次為陶瓷刀具和涂層硬質合金。
結論
高速切削技術的問世改變了人對傳統切削加工的思維和方式，極大提高了加工效率和加工質量。而高速切削與模具加工的結合，改變了傳統模具加工的工序流程。高速切削刀具作為高速切削技術的關鍵，隨著技術的不斷完善，將為模具制造帶來一次全新的技術革新。
參考文獻
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陶瓷刀具范文4
關鍵詞：金屬切削刀具；發電企業
Abstract ：The electric power industry development is rapid, with all kinds of new materials is constantly, the original generating equipment used in the processing of the conventional metal cutting tool already lags behind, cannot satisfy new material processing need. This paper, from the metal cutting tool of the power equipment repair influence perspective, probes into the present tool use and the problems existing in the management and puts forward the power generation enterprise in order to strain the new material revolution, should be adopted the countermeasures in metal cutting tool of selection and management.
Keywords: metal cutting tools; power enterprises
中圖分類號TG711
1目前發電設備檢修中刀具應用問題及原因分析
1.1存在的問題原因分析
在目前刀具行業飛速發展的情況下，為什么許多高性能的刀具，在發電設備檢修中沒有得到應用呢？我認為有如下幾個方面：
首先，現在的發電企業要么沒有專門從事金屬加工的專業，要么就是早期電廠中設置的機加工專業，但因所處大環境的限制，長期以來他們與機械行業幾乎沒有什么交往，對機械行業的發展情況了解不多，這方面的信息渠道也不暢通。另一方面，作為機械行業的科研和生產單位，他們也很難考慮到在電力行業還有這樣一個“被遺忘的角落”，這就造成了專門從事發電設備金屬切削加工的人員長期處于信息的“真空”狀態，對新的技術及發展方向無法掌握，更不要談應用了。
其次，受工作習慣和培養模式的影響。電廠對青工的培養模式基本上都是指定專人，以師帶徒的形式，師傅教什么，徒弟就學什么，師傅使用什么樣的刀具，徒弟也必然就用什么刀具。第三，從事機加工技術管理的人員對這種情況也沒有足夠的重視。在思維上也受長期以來使用習慣的影響，沿用幾十年來的工作方法和思維方式，對現狀沒有考慮過要去改變。
1.2我國目前金屬切削刀具材料的發展現狀簡介
近十年來，隨著高強度鋼、噴涂材料、高溫合金鋼等難加工材料以及復合材料的應用越來越廣泛，刀具材料也進入了一個飛速發展的階段。我國在刀具材料的開發方面也取得了長足的進步，開發出了包括CVD金剛石薄膜在內的涂層刀具和厚膜金剛石刀片、Ti基硬質合金（金屬陶瓷）、梯度結構硬質合金和聚晶立方氮化硼（PCBN）、超細晶粒硬質合金等各種新型的刀具材料，并可實際應用于高速切削等加工場合。下面作一簡單介紹。
2我國目前金屬切削刀具材料的發展現狀簡介
近十年來，隨著高強度鋼、噴涂材料、高溫合金鋼等難加工材料以及復合材料的應用越來越廣泛，刀具材料也進入了一個飛速發展的階段。我國在刀具材料的開發方面也取得了長足的進步，開發出了包括CVD金剛石薄膜在內的涂層刀具和厚膜金剛石刀片、Ti基硬質合金（金屬陶瓷）、梯度結構硬質合金和聚晶立方氮化硼（PCBN）、超細晶粒硬質合金等各種新型的刀具材料，并可實際應用于高速切削等加工場合。下面作一簡單介紹。
2.1高速鋼刀具
高速鋼（HHS）是一種在高合金工具鋼加入了較多的鎢、鉬、鈷、鉻等合金元素形成的一種材料。因高速鋼在強度、熱硬性、工藝性等方面具有較好的綜合性能，而且高速鋼刀具具有制造工藝簡單、易刃磨、能鍛造的特點，這些特點對形狀復雜及大型成形刀具非常重要，所以復雜刀具的制造中，高速鋼仍占主要地位。主要有以下幾種：超硬熔煉高速鋼、粉末冶金高速鋼、涂層高速鋼等。
2.2硬質合金刀具
硬質合金是由難熔金屬碳化物和金屬粘結劑經粉未冶金的方法制成的。由于硬質合金成份中都含有大量金屬碳化物，這些碳化物都有在熔點高、硬度高、化學及熱穩定性好等特點。因此，硬質合金的耐磨性、硬度、耐熱性等都很高，其切削性能比高速鋼好，刀具的耐用度可提高幾倍到幾十倍。
2.3陶瓷刀具
20世紀初，德國與英國已經開始尋求采用陶瓷刀具取代傳統的碳素工具鋼刀具。陶瓷材料具有高硬度與耐高溫特性，所以它很快就成為新一代的刀具材料。但陶瓷也有一大缺陷，就是脆性，于是如何克服陶瓷刀具材料的脆性，提高它的韌性，成為近百年來陶瓷刀具研究的主要課題。陶瓷刀具材料分為三大類。氧化鋁基陶瓷、氮化硅基陶瓷、氮化硅—氧化鋁復合陶瓷。
2.4立方氮化硼刀具（CBN）
它適用于加工68HRC以下的鋼鐵件和各種噴涂堆焊材料，完全可以實現以車代磨。立方氮化硼刀具有兩種：整體聚晶立方氮化硼刀具（PCBN）和立方氮化硼復合刀具。
3刀具的使用和管理對策
面對競爭越來越激烈的電力市場，縮短消缺或檢修時間，贏得的就是效益的提升。而為了不讓金屬加工成為“卡脖子”工程，就要舍得投入。據資料顯示，機械加工行業中占生產成本3%的刀具的投入，將帶來生產效率20～30%的提高。采用先進刀具，適當增加刀具的投入，是提高生產效率的有效手段，這已逐漸成為大家的共識。在電力行業中，一方面是新材料的大量使用及對精度要求的不斷提升，另一方面，大量使用的仍是七十年代的刀具，有時面對新的材料顯得束手無策，這對生產必將有很大的影響，。我認為應從以下幾個方面做工作。
3.1領導者應重視與支持。不能因為一些特殊材料的刀具不常用，價格又貴，就給“槍斃”了。實際上各種不同性能的刀具都應有一定的儲備，刀具儲備確實會帶來生產成本的提高，但如果缺少了某種刀具，而生產上正好又急需，就束手無策了，這樣造成的損失將是巨大的，反之，如果儲備了這種刀具，帶來的效益也將是巨大的，這樣的情況基本上每個企業都遇到過。
3.2加大培訓力度，改進培訓方式，我們強調刀具的重要性，并不是說刀具就是萬能的，有了好的刀具就可以解決一切問題，我們更應著重的還是人，是能夠正確熟練掌握各種刀具性能的技術工人。我們所說的“好刀”有兩層含義，一是指能加工某些超強、超硬及其它一些難加工材料的特殊刀具，二是某種刀具針對某一種材料而言，是最適合的選擇，那么，它就是加工這種材料最好的刀具。金剛石是目前世界上最硬的刀具材料，但并不是說它就是萬能的，可以加工一切材料，相反，對我們天天面對的鋼鐵材料而言，它卻無能為力，因為金剛石中的C在高溫下極易與鋼材中的Fe發生反應。所以，我們提倡“因材選刀”，這就需要我們具備相關的知識。
3.3應加大與機械行業的密切聯系，及時獲取各方面的信息。隨著切削加工技術的進步，面對日新月異的刀具材料，以及不斷涌現的各種加工難題，我們很難及時正確地選擇和應用工具制造行業的新成果。所以我們應與一些刀具的科研及生產單位保持長期的聯系，更要到刀具的使用單位特別是發電設備的制造企業去收集資料。因為即使是相同材料的刀具，不同的生產廠家，其質量也會有相當大的差別，特別是現在許多中小鄉鎮企業都在生產刀具，其質量差異相當大。
3.4要選好用好管好刀具。應要針對電力行業的特點，有針對性地選擇刀具。要做到這一點，首先要摸清本單位設備所用材料及電力設備材料的發展變化。在刀具材料上，目前電力企業所用刀具仍應重點使用高速鋼和硬質合金，因為這是適用范圍最廣、使用最多的刀具材料，對大多數材料而言，它們是非常適合的選擇，平時約95%以上的工作這兩種刀具材料都能勝任，機械加工人員對其性能也比較熟悉。在此基礎上，選擇一些針對本單位特殊材料特點的刀具，如陶瓷刀具、立方氮化硼等超硬材料刀具。在刀具的種類上，應根據本單位機床設備的特點及各工種工作量的大小，對不同種類的刀具數量按一定比例儲備。
綜上所述，我們正處于制造技術快速發展的時期，在發電設備中難加工材料的不斷出現，給設備檢修帶來難題，不僅使切削效率低，而且刀具壽命短，加工的矛盾將更加突出。所以我們要更新觀念，加大對刀具的投入，適當儲備，充分利用刀具在提高效率、降低成本、縮短工期中的作用，更好地為電力生產服務。
參考文獻
1吳大維：氮化碳超硬涂層材料在高速鋼刀具上的應用。工具技術，2000年增刊
陶瓷刀具范文5
關鍵詞：硬切削；CBN(立方氮化硼)刀具；熱傳導率
中圖分類號：TG713文獻標識碼:A
耐磨性要求較高的零部件往往使用表面進行過淬火處理的淬硬鋼。在對這種淬硬鋼進行表面切削加工時，如果使用導熱性差的Si3N4陶瓷刀具,由于其導熱性差,同時切削的淬硬鋼的硬度又非常高,會導致很高的切削溫度[1]。因此高速切削加工中不宜使用導熱性差的陶瓷刀具或其他的刀具。在現代先進的切削加工中常常使用硬度僅次于金剛石,且在切削刀具當中有較高的熱傳導率的CBN(立方氮化硼)刀具。
但是,切削加工而成的材料多用于要求嚴格的環境當中,因此對加工后的零部件要求具有很好的表面質量。眾所周知，淬硬鋼加工后的表層會形成與母材所不同特性的加工變質層的，即使是在使用CBN刀具的淬硬鋼的加工中也會形成叫做白層的加工變質層[2]。雖然這種白層的硬度高，但是質地脆，容易剝落，因此，應力求盡可能地不要使其生成。
有關學者對這種白層在限定切削條件下的影響[3]和它的組織以及機械特性進行過研究[4]，但并不涉及切削刀具的各種特性與切削溫度之間關系的系統研究。
1實驗裝置以及實驗方法
在本實驗中,CNC(計算機數字控制)車床的卡盤上安裝了擴孔車刀,在刀臺上對固定住的圓筒形的淬硬鋼（SCM415）的內圓面進行切削。刀具的后刀面的切削溫度使用光纖維耦合器型的2色溫度計測量[5]。這種溫度計是通過檢測出波長范圍不同的兩個光電變換素子的輸出比來換算成溫度的,因此可以不受測定對象的輻射率的影響。切削中的刀具刀尖在穿過被切削材料穿出的小孔的下面的時候,安裝在小孔內的光纖維會接收到刀具的后刀面的輻射的紅外線。
實驗所用工件的材料是SCM415，淬硬處理后表面硬度為650HV。使用刀具為熱傳導率不同的3種CBN工具，兩種表面涂層工具和1種陶瓷工具。在每一種類的刀具里，準備有后刀面平均磨損(VB)為0，0.05mm，0.1mm三種不同的刀具，以便于討論在不同的磨損狀態下刀具特性對切削溫度的影響。切削速度在100m/min到200m/min之間，進給速度是0.08mm/rev，切削深度是0.2mm保持不變。表1表示了刀具的化學成分和熱傳導率，從表中可以得知，刀具CBN3的熱傳導率最高，陶瓷工具的最低。
2實驗結果
圖2中，顯示了在使用不同熱傳導率的工具的情況下刀具的后刀面溫度的測定結果。無論是哪個工具，切削速度越快切削溫度就變得越高。另外還表明刀具后刀面的磨損程度越高，切削的溫度也變得越高。
CBN工具和陶瓷工具試驗對比表明，熱傳導率高的CBN工具的刀具，其后刀面溫度較低。3種CBN工具雖然材質相同，但結合材料和CBN的粒子的比例不同，熱傳導率也不同。試驗結果同樣顯示熱傳導率高的刀具，其后刀面溫度低。另外，通過實驗也了解到熱傳導率越小，在刀具的后刀面的摩擦損耗越大的情況下，切削速度的增加會使刀具的后刀面的溫度有較大幅度的上升。
3結論
在本研究中，使用光纖維耦合器型的2色溫度計測量了硬鋼切削時后刀面的溫度，對刀具的熱傳導率、材質對后刀面的溫度的影響進行了研究調查，得出了以下的結論：
① 切削速度對刀具的后刀面的溫度影響很大，高速切削會使刀尖的溫度上升。
② 后刀面的磨損幅度越大，刀尖的溫度就越高。
③ 刀具熱傳導率對其后刀面的溫度有較大的影響，熱傳導率越高的，刀尖溫度越低。
參考文獻
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陶瓷刀具范文6
關鍵詞:氧化鋁;刀具;透明陶瓷;纖維
1 Al2O3陶瓷性能簡介
氧化鋁陶瓷是氧化物陶瓷中應用最廣、用途最寬、產量最大的陶瓷材料。
據研究報道,Al2O3有12種同質多晶變體[1],但應用較多的主要有3種,即α-Al2O3、β-Al2O3和γ-Al2O3,這3種晶體的結構不同,故它們的性質具有很大的差異[2]。
(1) α-Al2O3
α-Al2O3是三方晶系,單位晶包是一個尖的菱面體,密度為3.96～4.01g/cm3 ,其結構最緊密、化學活性低、高溫穩定性好、電學性能優良并且機械性能也最佳,在一定條件下可以由其它的兩種晶體轉換而來。
(2) β-Al2O3
β-Al2O3是一種Al2O3含量很高的多鋁酸鹽礦物,密度為3.30～3.63g/cm3,它的化學組成中含有一定量的堿土金屬氧化物和堿金屬氧化物,并且還可以呈現離子型導電。
(3) γ-Al2O3
γ-Al2O3是尖晶石型立方結構,密度為3.42～3.47g/cm3。它的氧原子呈立方緊密堆積,鋁原子填充在間隙中,這就決定了它在高溫下不穩定、力學和電學性能差的缺陷,在科學應用中很少單獨制成材料使用。但它有較高的比表面積和較強的化學活性,經過技術改進可以作為吸附材料使用。
在制備Al2O3原料方面,如果對于純度要求不高的Al2O3,一般是通過化學方法來制備。以鋁土礦為原料,通過燒結、溶出、脫硅、分解、煅燒等步驟,把鋁土礦中的Al2O3成分溶解于氫氧化鈉(NaOH)溶液中,將得到的偏鋁酸鈉(NaAlO2)溶液,冷卻至過飽和態,加水分解就會析出氫氧化鋁(Al(OH)3)沉淀,再將它煅燒即可得到Al2O3。但在制備高純度Al2O3原料時一般采用有機鋁鹽加水熱分解法、鋁的水中放電氧化法、鋁的硫酸鹽和氨碳酸鹽熱分解法、銨明礬熱分解法等[3]。目前國內外大多數學者都采用銨明礬熱分解法,因為此方法制備的Al2O3純度高、細度小(約1?滋m以下),且顆粒分布范圍窄、團聚程度輕。
氧化鋁陶瓷具有機械強度高、電阻率高、電絕緣性好、硬度和熔點高、抗腐蝕性好、化學穩定性優良等性能,而且在一定條件下具有良好的光學性和離子導電性?；贏l2O3陶瓷的一系列優良性能,其廣泛應用于機械、電子電力、化工、醫學、建筑以及其它的高科技領域,本文對Al2O3陶瓷在以上6個方面的應用進行了闡述。
2Al2O3陶瓷的應用
2.1 機械方面
Al2O3瓷燒結產品的抗彎強度可達250MPa,熱壓產品可達500MPa。Al2O3陶瓷的莫氏硬度可達到9,加上具有優良的抗磨損性能等,所以廣泛地用于制造刀具、球閥、磨輪、陶瓷釘、軸承等,其中以Al2O3陶瓷刀具和工業用閥應用最廣。
2.1.1 Al2O3陶瓷刀具
在金屬切削過程中,刀具起著主導作用,由于刀具材料的性能不同,其切削性能相差很大。Al2O3陶瓷刀具由于具有硬度高、高溫力學性能強、耐磨性能好、化學穩定性好、不易與金屬發生粘結等特點,大量應用于硬切割、高速干切割、超高速切割等一些難加工材料的切割[4]。Al2O3陶瓷刀具的最佳切削速度比一般的硬質合金刀具高,可大幅提高對不同材料的切削效率。隨著科學工作者的大量研究,在制備陶瓷刀具中實現了對原料純度和晶粒尺寸的有效控制,以及添加其它成分構成兩相或以固溶體形式存在于基體之中的Al2O3基復合陶瓷和晶須增強陶瓷。這些技術彌補了純Al2O3陶瓷的不足,從而提高了它的切削性能和耐用度[5]。
2.1.2 純Al2O3陶瓷刀具
純Al2O3陶瓷刀具是指僅含有少量氧化物的高純Al2O3陶瓷,其中Al2O3的純度大于99%。在純Al2O3陶瓷中,可以添加ZrO2作為燒結助劑來提高它的斷裂韌性[6]。目前普通燒結所制備的Al2O3陶瓷晶粒尺寸都在微米級,而細晶Al2O3陶瓷能夠獲得較高的強度和斷裂韌性以及較好的高溫性能,是制備純Al2O3陶瓷刀具的理想材料。解決這一問題的有效途徑是:制備出粒徑尺寸在100nm以下單分散的α-Al2O3粉,利用納米α-Al2O3的高活性,再運用先進的燒結技術在較低的溫度下得到細晶Al2O3陶瓷[7],有時也可以加入MgO或Y2O3來抑制晶粒長大,起到細化晶粒的作用[8]。純Al2O3陶瓷刀具高溫性能、耐磨損性較好,但抗彎強度較低、抗沖擊能力差,目前它越來越多被各種復合Al2O3陶瓷刀具所替代。
2.1.3 復合Al2O3陶瓷刀具
在復合陶瓷中,有幾種復合方向:Al2O3-碳化物陶瓷刀具、Al2O3-碳化物-金屬陶瓷刀具、Al2O3-氮化物或硼化物陶瓷刀具等。
Al2O3-碳化物陶瓷刀具,是在Al2O3中添加一定的碳化物(TiC、WC、TaC、NbC、Mo2C、Cr3C2等),以提高它的強度、耐磨性、抗沖擊性以及高溫性能等[9]。在添加物中,以添加TiC的應用最多,與純Al2O3陶瓷相比,Al2O3-碳化物復合陶瓷的抗彎強度無論是在常溫還是高溫下都優于純Al2O3陶瓷。此復合刀具適合于高速粗、精加工耐磨鑄鐵、淬硬鋼及高強度鋼等難加工材料。
Al2O3-碳化物-金屬陶瓷刀具,它是在Al2O3中除了添加碳化物外,還添加少量的粘結金屬(如Ni、Mo、Co、W等)[10],由于添加了金屬,提高了Al2O3與碳化物的連接強度,改善了使用性能,此類陶瓷刀具適合于加工淬火鋼、合金鋼、錳鋼、冷硬鑄鐵、鎳基和鈷基合金以及非金屬材料等。它是目前精加工冷硬鑄鐵軋輥的最佳刀具,并且可以應用于間斷切削和有切削液的切削場合。
Al2O3-氮化物或硼化物陶瓷刀具,是在Al2O3中添加氮化物(如TiN等)的Al2O3-氮化物復合陶瓷刀具,具有抗氧化、抗熱震性、耐高溫高壓、耐磨損等性能。其基本性能和使用范圍與Al2O3-碳化物-金屬陶瓷刀具相當,更適合于間斷切削,但其抗彎強度和硬度比Al2O3-碳化物陶瓷刀具低,并且較低的韌性也一直是其得到進一步應用的瓶頸[11]。在Al2O3中添加硼化物(如ZrB2等)作為粘結劑制成的陶瓷刀具,由于其微觀結構保持了硼化物的“三維連續性”,因此具有極好的耐沖擊性和耐磨性[12]。
2.1.4 增韌Al2O3陶瓷刀具
增韌Al2O3陶瓷刀具是指在Al2O3基體中添加增韌或增強材料。目前常用的增韌方法有:ZrO2相變增韌、晶須增韌、第二相顆粒彌散增韌等。
ZrO2相變增韌是一種有效的增韌方式,當ZrO2在1150℃左右時發生相變時產生體積變化,在基體中誘導出許多裂紋,從而吸收其主裂紋尖端的大部分能量,達到增韌的目的。利用微米級或亞微米級ZrO2相變增韌Al2O3制成的Al2O3陶瓷刀具,可以有效改善刀具的斷裂韌性[13]。
晶須增韌是利用晶須的加強棒作用,常用的晶須有TiC、SiC、Si3N4等。用晶須增韌Al2O3陶瓷刀具顯示出更為優越的抗裂紋擴展能力和抗循環熱震性能,它具有強度高、硬度高、導熱性好等優點[14-15]。
第二相顆粒彌散增韌主要是利用彌散顆粒和基質材料膨脹系數和彈性模量的不匹配在材料內部形成殘余應力,以達到增韌的目的。第二相顆粒一般使用SiC、TiC等,彌散增韌可以提高刀具的抗斷裂性,從而使Al2O3陶瓷的韌性明顯提高。
2.1.5 Al2O3工業用閥
目前,閥門種類繁多,氧化鋁工業用閥常用的是旋塞閥、閘閥、截止閥、球閥等[16]。
旋塞閥:它廣泛地應用于油田開采、輸送和精練設備中,同時也廣泛用于石油化工、煤氣、天然氣、液化石油氣、暖通行業以及一般工業中。
閘閥、截止閥:它可廣泛用于自來水、污水、建筑、石油、化工、食品、醫藥、輕紡、電力、船舶、冶金、能源系統等體管線上作為調節和截流裝置使用。
球閥:球閥的主要特點是本身結構緊湊、密封可靠、結構簡單、維修方便、密封面與球面常在閉合狀態,不易被介質沖蝕,易于操作和維修,適用于水、溶劑、酸和天然氣等一般工作介質,而且還適用于工作條件惡劣的介質,如氧氣、過氧化氫、甲烷和乙烯等,在各行業得到廣泛的應用。
2.2 電子、電力方面
在電子、電力方面,有各種Al2O3陶瓷底板、基片、陶瓷膜、透明陶瓷以及各種Al2O3陶瓷電絕緣瓷件、電子材料、磁性材料等,其中以Al2O3透明陶瓷和基片應用最廣。
2.2.1 Al2O3透明陶瓷
當前透明陶瓷是材料領域研究和應用的重要前沿方向。從上個世紀60年代初第一塊透明Al2O3陶瓷問世以來,透明陶瓷取得了飛躍發展。透明陶瓷作為一種新興材料,除了本身具有寬范圍的透光性外,還具有高熱導率、低電導率、高硬度、高強度、低介電常數和介電損耗、耐磨性和耐腐蝕性好等一系列優點。與玻璃材料相比,透明陶瓷除具有高強度、高硬度等優點,還具有更高的韌性和更好的抗表面損壞性能;與單晶相比,透明陶瓷具有更低的制備溫度和更短的生產周期,而且在尺寸和結構上更容易控制[17]。透明陶瓷按其應用可以分為兩大類:透光、透波性應用和特種光功能應用。
在透光、透波性應用方面,有用透明Al2O3陶瓷制造的新型節能燈具金鹵燈、高強度透明裝甲材料、紅外透波材料等,這些材料是民用和國防裝備中的重要材料。MgAl2O4透明陶瓷就是屬于這類材料,它既具有陶瓷的特點又具有藍寶石晶體、石英玻璃的光學性能,可用于透明裝甲、照明燈具等[18]。
在特種光功能特性應用方面,有薄膜發光材料、高功率全固態激光器、透明閃爍陶瓷等。薄膜發光材料中的Al2O3材料,已經被證明是最有前景的薄膜發光材料,這是因為它具有高透明、熱穩定性好和相對高的發光亮度等性能[19]。
透光率是透明陶瓷的一個最重要指標,影響它的因素有很多,如原料的純度和分散性、燒結氣體介質、燒成溫度制度、添加劑的種類和數量、結構缺陷和氣孔、晶界雙折射等。其中晶界雙折射對透光率影響較大,通過磁場輔助注漿成形,制備出Al2O3顆粒具有取向性排列的陶瓷坯體,再經過H2氣氛燒結即可得到光軸相互平行的多晶透明陶瓷[20]。這種方法可以大幅提高透明陶瓷的透光率,因為在強磁場下Al2O3顆粒的C軸會沿著磁場方向排列,而C軸就是光軸方面,當各個晶粒的光軸相互平行排列時,在晶界上的雙折射可以大量消除,從而提高透光率。
2.2.2 Al2O3陶瓷基片
Al2O3陶瓷基片具有機械強度高、絕緣性好、避光性高等優良性能,廣泛用于多層布線陶瓷基片、電子封裝及高密度封裝基片。
在制備Al2O3陶瓷基片中常用的成形方法有干壓、流延等,而流延成形是目前應用最廣的成形方法。流延成形分為非水系和水系:非水系流延成形工藝簡單,但會對環境造成污染且成本較高;水系流延成形較環保,且成本較低,但工藝較難[21]。目前,在工業應用中大部分都采用非水系流延成形Al2O3陶瓷基片,利用非水系流延成形可以制備表面光滑、平整、致密度高的Al2O3陶瓷基片,但在制備工藝中,基片的燒結溫度高、耗能大。因此可以在Al2O3陶瓷基片中加入一些添加劑以降低燒成溫度,如加入Fe-Cr-Mn系黑料來制備黑色Al2O3陶瓷基片,可以在其它性能一致的條件下有效地降低Al2O3陶瓷基片的燒結溫度,減少能耗[22]。
2.3 化工方面
在化工應用方面,Al2O3陶瓷也有較廣泛的用途,如Al2O3陶瓷化工填料球、無機微濾膜、耐腐蝕涂層等,其中以Al2O3陶瓷膜和涂層的研究和應用最多。
2.3.1 Al2O3陶瓷膜
膜分為有機高分子膜和無機膜等,自20世紀80年代以來,Al2O3陶瓷膜特別是多孔Al2O3陶瓷膜的研制與開發得到了大幅度的提升,在膜領域占據了重要的地位。陶瓷膜與有機高分子膜相比有以下特點:
(1) 耐高溫、熱穩定性好,在高溫下仍能保持其性能不變;
(2) 高強度,在很大壓力梯度操作下,不會被壓縮或產生蠕變,機械性能好;
(3) 化學穩定性好,能耐強酸強堿溶液、有機溶劑和氯化物腐蝕,并且不被微生物降解;
(4)可反復使用,易清潔;制備時孔徑大小和孔徑尺寸分布容易控制[23]。
Al2O3陶瓷膜在凈化工業用水加工、海水淡化、氣體分離、催化反應等方面都具有大量的應用,因此陶瓷無機膜日益受到科技界與工業界的廣泛關注。
Al2O3陶瓷膜的制備方法有很多,有溶膠-凝膠法、固態粒子燒結法、化學氣相沉積法、陽極氧化法等[24]。
(1) 溶膠-凝膠法是制備Al2O3陶瓷膜的一種有效方法,一般它是在多孔陶瓷支撐體(如堇青石、α-Al2O3等)上制備負載型均勻微孔的陶瓷膜[25-26];
(2) 固態粒子燒結法,它首先將Al2O3研磨成細粉,經篩分及水力沉降分級制成懸浮液,再加無機粘結劑等,經成形、燒結制成陶瓷膜;
(3) 化學氣相沉積法是使反應產物蒸汽形成很高的過飽和蒸汽壓,然后自動凝聚成大量的晶核,晶核長大沉積在基體材料上即制得陶瓷膜[27];
(4) 陽極氧化法, 它是以高純度的合金為陽極,并使一側表面與酸性電解質(如硫酸、草酸等)接觸,通過電解作用在表面形成微孔Al2O3膜,然后去除未被氧化的鋁載體和阻擋層,便得到孔徑均勻、孔道與膜平面垂直的微孔Al2O3膜。
2.3.2 Al2O3涂層
Al2O3涂層具有耐腐蝕、耐高溫等特性,近年來得到了大量研究。鋁合金的微等離子氧化表面陶瓷化工技術受到了人們廣泛的關注,利用微等離子體氧化技術在LY12鋁合金表面制備了Al2O3涂層,加強了鋁合金的耐腐蝕性和抗氧化性等[28]。鈦合金材料高溫氧化嚴重,為了提高其使用性能,可以在鈦合金材料表面涂覆Al2O3涂層,這樣也可以使鈦合金材料的耐腐蝕和抗高溫氧化等特性提高[29]。
2.4 醫學方面
在醫學方面,Al2O3更多的是用于制造人工骨、人工關節、人工牙齒等。Al2O3陶瓷具有優良的生物相容性、生物惰性、理化穩定性及高硬度、高耐磨性,是制備人造骨和人造關節的理想材料[30]。但它具有和其他陶瓷材料一樣的缺點如脆性大、斷裂韌性低、機加工技術難度高、工藝復雜等,因此需要進一步研究應用。
羥基磷灰石具有良好的生物相容性和生物活性,其優良的骨傳導作用已被很多的研究結果所驗證,是目前最有前景的陶瓷人工骨材料,但是純羥基磷灰石的力學性能較差,難以作為承重骨的替代材料[31]。運用放電等離子技術燒結的Al2O3-羥基磷灰石人工骨材料,通過引入彌散強化相Al2O3來提高材料的力學性能,既保持了羥基磷灰石的生物活性又提高了材料的力學性能,因此它有望成為一種理想的承重骨材料[32]。
Al2O3-羥基磷灰石人工骨材料在人骨修復領域有著大量的應用。在臨床骨科手術中,骨缺損常常需要大量的修復材料。目前常見的修復材料有自身骨、異體骨和人工合成材料等。自身骨移植雖無免疫排斥、效果好,但取材有限;異體骨移植則容易引起免疫排斥,且修復效果差;人工合成材料,它們基本上都是降解材料,所以不能修復缺損區[33]。因此尋求具有良好的物化性質、生物特性的生物材料作為骨移植材料,已成為研究的熱點。Al2O3-羥基磷灰石人工骨材料正解決了這些問題,它具有穩定的物化性能,其硬度、抗彎強度、斷裂韌性均已接近人體骨[34],況且常規消毒不會改變其生物特性。
2.5 建筑衛生陶瓷方面
在建筑衛生陶瓷方面,Al2O3產品隨處可見,如Al2O3陶瓷襯磚、研磨介質、輥棒、陶瓷保護管以及Al2O3質耐火材料等。其中以Al2O3球磨介質應用最廣。
過去,建筑衛生陶瓷用球磨介質基本上都是燧石、鵝卵石等天然球石,隨著這些優質的天然球石資源的減少,以及它們磨損率高、效率低等缺點,Al2O3球磨介質被越來越多的陶瓷廠家所使用。目前球磨介質主要包括Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4等。Al2O3球磨介質具有合適的硬度、適中的密度、耐磨、耐腐蝕且價格低廉等特點,因此大部分的建筑衛生陶瓷方面的原材料都用Al2O3球磨介質加工[35]。
Al2O3球磨介質物化性能優異、價格較低,在球磨介質中占據了一定的地位。但其韌性不及其它球磨介質,這就限制了它的進一步應用,因此國內外科研工作者對Al2O3球磨介質增韌機理和技術進行了大量研究,考慮到成本問題及增韌的操作性,目前最有成效的增韌方法是利用相變增韌機理,在Al2O3中添加ZrO2 得到ZrO2增韌Al2O3球磨介質,解決了Al2O3球磨介質的韌性問題[36]。
2.6 其它方面
Al2O3陶瓷是目前新材料中研究最多、應用最廣的材料之一,除了以上的幾種應用外,它還廣泛應用于其它一些高科技領域,如航空航天、高溫工業爐、復合增強等領域[37]。
2.6.1 航空航天
在航空航天方面應用較多的是Al2O3基纖維,它具有高強度、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等多種性能[38]。
Al2O3可以制備成高溫耐熱纖維,用于航天飛機上的隔熱瓦和柔性隔熱材料等。不僅如此,利用Al2O3纖維還可以用來增強金屬基和陶瓷基復合材料,大量用于超音速噴射飛機中的噴管及火箭發動機中的墊圈[39]。
2.6.2 高溫工業爐
在高溫工業爐領域中主要是用Al2O3基短纖維材料作為保溫耐火材料,因為它具有密度小、隔熱性好、熱容量小等優點。這些優點不僅可以減輕高溫爐的重量,而且使高溫爐控溫精確,進而更加節能。
普通高溫爐中使用的保溫耐火材料基本上都是耐火磚或耐火棉,這些材料的性能不及Al2O3基短纖維材料,原因是纖維材料可以強化爐氣對爐壁的對流傳熱,使爐壁能得到更多的熱量,再通過輻射傳到爐內,這樣就提高了高溫爐的加熱速度和生產效率[40]。
2.6.3 復合增強
Al2O3纖維增強金屬基復合材料具有力學性能好、耐磨性高、膨脹系數低、硬度高等特點,這是因為Al2O3纖維與金屬基體之間浸潤性好、界面反應低。這些材料已經在汽車活塞、空氣壓縮機葉片的制造中得到了應用。
Al2O3纖維還與樹脂的結合性好,因它可以制備成Al2O3樹脂復合材料,它具有彈性大、硬度高等特點,可應用于釣魚竿、高爾夫球桿、滑雪板、網球拍等體育器材制造行業[41]。
3結 語
Al2O3陶瓷材料是應用得較多的陶瓷材料之一。國外對Al2O3材料的研究起步較早,尤其是在科技含量高的領域如機械加工、醫學、航空航天等。而國內對Al2O3材料研究相對較晚,技術相對落后,且制造業中生產工藝較落后、裝備不精,所以產品質量跟西方發達國家相比還是存在一定的差距。因此,提高我國Al2O3材料的研究水平及大力推廣Al2O3材料的應用已迫在眉睫。
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Application of Alumina Ceramic
ZHANG Xiao-feng, YU Guo-qiang,JIANG Lin-wen
(School of Material,Jingdezhen Ceramic Institute ,Jingdezhen 333001,China)
