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氮化硅在陶瓷工业刀具比硬质合金刀具的优势
发布时间:2021-12-15 10:55 点击量:
氮化硅陶瓷刀具的优点:
1)硬度高,一般为93~94HRA,氮化硅的晶胞是由[Si-N4]四面体单元所组成,Si位于四面体的中间Si-N之间是很强的共价键结合,类似于金刚石的[C-C4]四面体单元,所以氮化硅Si3N4也具有较高的硬度和耐磨性。有关资料报导,气相沉积法制造的晶态Si3N4的显微硬度可达5000,它仅次于金刚石和立方氮化硼,但却远远高于碳化钨、碳化钛和氧化铝。所以Si3N4陶瓷刀具可具备比硬合金和氧化铝基陶瓷刀具更高的切削性能,可加工硬质合金难以加工或不能加工的高硬材料,如可以加工硬度高达65HRC的各类淬硬钢和硬化铸铁,免除退火加工所消耗的电力。其优良的耐磨性,不仅延长了刀具的切削寿命,而且还减少了加工中的换刀次数,从而保证切削工件时的小锥度和高精度,尤其在用数控机床进行高精密连续加工时,可减少对刀误差和因磨损引起的不可预测的误差,简化刀具误差补偿。
2)高强度,目前氮化硅陶瓷刀片的抗弯强度已达到750~1000Mpa,超过了高速钢,与普通硬质合金相当。
3)耐热性和抗高温氧化性特别好,即使在 1200~1450℃切削高温时仍能保持一定的硬度和强度进行长时间切削,因此允许采用远远高于硬质合金刀具的切削速度实现高速切削。其切削速度比硬质合金刀具提高3~10倍,因而能大幅度提高生产效率。实验证明,在众多的陶瓷材料中,Si3N4陶瓷具有最佳的耐热性 。
4)良好的断裂韧性,断裂韧性值是评价陶瓷刀片抗破损能力的重要指标之一,它与材料的组成、结构、工艺等因素有关。Si3N4系列陶瓷刀片的断裂韧性值优于其他系列陶瓷刀片(达 6~7MPam1/2),接近某些牌号的硬质合金刀片,因而具有良好的抗冲击能力,尤其在进行铣、刨。镗削及其它断续切削时,更能显示其优越性
5)抗热震性强,陶瓷材料的抗热震性是指其在承受急剧温度变化时,评价其抗破损能力的重要指标。Si3N4系列陶瓷刀片的抗热震性能指标ΔT ,由于其强度高、热膨胀系数低而高达600~800℃,明显优于其它系列陶瓷刀片(300~400℃),因而在高强度断续零件的毛坯加工方面,显示出独特的优越性能。
6)陶瓷刀片切削时与金属摩擦力小,切屑不易粘拼在刀片上,不易产生积屑瘤,加上可以进行高速切削,所以在条件相同时,工件表面粗糙度比较低。
7)氮化硅陶瓷刀具的主要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、Co、Ta和Nb等重要战略金属。
8)制造和磨削工艺比较简单,成本较低,Si3N4陶瓷的制造工艺比较简单,不需要高温高压合成设备。Si3N4陶瓷刀具可用人造金刚石砂轮磨削和金刚石研磨膏研磨。因此,这种刀片制造成本较低,便于推广使用。
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