氮化硅（Si3 N4）基陶瓷刀具介绍

氮化硅（Si3 N4）基陶瓷刀具材料

       Si3N4陶瓷是一种非氧化物工程陶瓷，其硬度可达1,800∼2,000 HV，热硬性好，能承受1,300∼1,400℃的高温，与碳和金属元素化学反应较小，摩擦系数也较低。这类刀具适于切削铸铁、高温合金和镍基合金等材料，尤其适用于大进给量或断续切削。由于纯Si3N4 陶瓷刀具在切削长切屑（如软钢）时极易产生月牙洼磨损，所以新一代Si3N4 陶瓷均为Si3N4 复合陶瓷刀具。最新的Si3N4 复合陶瓷不仅可用于粗加工，而且可用于断续切削和有冷却液的切削。目前Si3N4基陶瓷刀具的崩刃率为2%∼3%，与硬质合金相当，可以大量应用于生产线。该类陶瓷刀具的缺点是加工性比普通Al2O3陶瓷差。

Si3 N4 / TiC复合陶瓷

       其韧性和抗弯强度高于Al2O3基陶瓷，而硬度却不降低；热导率亦高于Al2O3基陶瓷，故在生产中应用比较广泛。

Si3 N4 / SiCw晶须增韧陶瓷

       它是在Si3N4基体中加入一定量的碳化物晶须而成，从而可提高陶瓷刀具的断裂韧度。中国生产的牌号有SW21（Si3N4/ SiCw）与FD03（Si3N4/TiCw）等。一些国外切削专家认为，用Si3N4基陶瓷切削钢材的效果不如Al2O3 基复合陶瓷，故不推荐用其加工钢材。但用FD03刀片切削淬硬钢（60∼68HRC）、高锰钢、高铬钢和轴承钢时也有较好的效果。

赛阿龙（Sialon）陶瓷

       它是以Si3N4为硬质相，Al2O3 为耐磨相，并添加少量助烧结剂Y2O3，经热压烧结而成，常称赛阿龙（Sialon）。Sialon实际上是Si3N4中Si、N原子被Al和O原子置换所形成的一大类固溶体的总称，主要有β-Sialon、α-Sialon、O-Sialon 3种，尤以前两种最为常见。这种陶瓷的抗弯强度和断裂韧度较高，抗氧化能力和高温抗蠕变能力好，热导率高，热膨胀系数小，抗热振性好，适于粗车及铣削铸铁和镍基高温合金等难加工材料。除能采用较大的进给量及切削速度高速加工铸铁和高温合金外，并可在面铣刀上采用双正前角（侧前角和背前角均为正值）。

涂层Si3N4陶瓷刀具

       Si3N4基陶瓷的韧性优于Al2O3基陶瓷，但其耐磨性稍差。切削铸铁时，Si3N4陶瓷刀具的后刀面磨损大于Al2O3陶瓷刀具；切削钢料时，Si3N4陶瓷刀具的月牙洼磨损较大。为此，国外在Si3N4基陶瓷表面上施以TiN、TiC、Ti（C﹐N）和Al2O3等涂层，可单涂层，也可用多涂层。经涂层后的Si3N4陶瓷刀具磨损量为未涂层的1/3，使加工普通铸铁的切削速度达到200∼1,000 m/min，并且刀具寿命更长。比如Sandvik公司的GC1690涂层氮化硅陶瓷刀具，在加工高强度灰铸铁时的进给量达0.4 mm/r，切削速度为500 m/min。山高（Seco）刀具公司的涂层氮化硅陶瓷刀具，切钢时抗月牙洼磨损的能力强，其切削速度可达Al2O3基陶瓷刀具的切削速度，但进给量却大于后者而接近涂层硬质合金刀具，使材料切除率大大提高。