陶瓷刀具材料的新进展与应用

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切削加工生产率和刀具寿命的高低、加工成本的多少、加工精度和加工表面质量的优劣等，在很大程度上取决于刀具材料的合理选择。目前应用的刀具材料主要有金刚石、立方氮化硼、陶瓷、TiC(N)基硬质合金(金属陶瓷)、硬质合金、高速钢及各种涂层刀具。它们各有各自的特点，适应不同的工件材料和不同的切削速度范围。

工程技术界努力研制与推广陶瓷刀具的主要原因在于：(一)陶瓷刀具材料具有很高的硬度、耐磨性能和良好的高温性能，与金属的亲和力小，不易与金属产生黏结，并且化学稳定好。近年来，通过控制原料纯度和晶粒尺寸，添加碳化物、氮化物、硼化物、氧化物和晶须等，采用多种增韧机制进行增韧补强，使得陶瓷刀具材料的抗弯强度、断裂韧性和抗冲击性能等有大幅度提高，应用范围日益广泛，可以用于高速切削、干切削、硬切削，切削效率大大提高。(二)构成高速钢与硬质合金的主要成分钨资源在全球范围内日趋枯竭，20世纪80年代初估计，全世界已探明的钨资源仅够使用50年时间，钨已成为世界上最稀缺的资源之一，但其在切削刀具材料中的消耗却很大，从而导致钨矿价格不断攀升，几十年间已上涨好多倍，而陶瓷刀具材料使用的主要原料氧化铝、氧化硅等是地壳中最丰富的，这在一定程度上也促进了陶瓷刀具研制与推广，陶瓷刀具材料的研制开发与应用取得了许多令人瞩目的成果。本文主要介绍陶瓷刀具材料的发展概况、国内外刀具生产商的主要陶瓷刀具产品及其合理选用，以推动陶瓷刀具得到更加广泛的应用。 * f: G0 u4 O& u; a& L, u8 \/ C1 s9 ^

一、陶瓷刀具材料的发展概况

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早在20世纪初，德国与英国已开始采用陶瓷刀具取代传统的碳素工具钢刀具，但由于当时的陶瓷脆性较大，所以其应用受到局限。如何克服陶瓷刀具材料的脆性，提高其韧性，成为近百年来陶瓷刀具材料研究的主要课题。20世纪50年代以前以纯Al₂O₃陶瓷为主，60年代至70年代以Al₂O₃/TiC复合陶瓷为主，70年代后期至80年代初期发展了氮化硅基陶瓷刀具材料及ZrO₂相变增韧陶瓷刀具材料，80年代后期到90年代，发展了晶须增韧陶瓷刀具材料。进入21世纪，各种纳米增韧陶瓷刀具材料及陶瓷涂层刀具成为研究开发的核心。事实上，硬度高的材料往往强度和韧性低，要想提高韧性往往是以硬度的下降为代价的。陶瓷刀具材料的这种硬度与韧性之间的矛盾使得研究具有高硬度同时又具有高强度、高韧性的陶瓷成为陶瓷刀具材料研究的热点。超细晶粒技术的发展和纳米复合材料的研究为陶瓷的发展增添了新的活力。根据Hall-petch关系，晶粒尺寸越小陶瓷材料的硬度和强度越高，当晶粒尺寸小到100nm左右时，强度和硬度会有很大提高。纳米改性、纳米复合成功解决了晶粒的异常长大问题，纳米级粒子钉扎或进入位错区使基体晶粒内形成亚晶界，导致基体晶粒细化。但是纳米粉的活性很大，界面反应激活能较低，在烧结过程中极易长大，尽管加入抑制剂，效果仍不理想，目前纳米级陶瓷刀具材料仍在研制过程中，开发出的陶瓷刀具产品相对较少。纳米改性、纳米复合及超细晶粒陶瓷刀具材料的研究与开发将是今后陶瓷刀具材料发展的主要方向。

二、陶瓷刀具材料的种类和性能

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陶瓷刀具材料可分为四大类：CA氧化铝基氧化物陶瓷(白陶瓷)；CM氧化铝基金属碳化物复合陶瓷(黑陶瓷)；CN氮化硅基氮化物陶瓷(非氧化物陶瓷)；CC陶瓷涂层刀具。目前氧化铝基和氮化硅基陶瓷刀具材料的应用最为广泛。

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1. 氧化铝系陶瓷刀具材料 # f! t# s: r4 k" J( n* b1 _2 K
   1. 氧化铝陶瓷刀具：刀具材料中采用纯Al₂O₃陶瓷及以Al₂O₃为主且添加少量其它元素的陶瓷材料，如MgO、NiO、SiO₂、TiO₂和Cr₂O₃等。这些添加物有利于加强Al₂O₃抗弯强度，但高温性能有所降低。Al₂O₃陶瓷的室温硬度与高温硬度都高于硬质合金材料。Al₂O₃陶瓷在室温与高温时抗压强度都很好，尤其可以克服一般高速钢刀具及硬质合金切削刀刃易形成的变形及塌陷缺点。此外，Al₂O₃陶瓷的抗氧化、抗粘结性及化学惰性都很好。氧化铝陶瓷刀具最适于高速切削硬而脆的金属材料，如冷硬铸铁或淬硬钢；用于大件机械零部件切削及用于高精度零件的切削加工。氧化铝陶瓷刀具在短、小零件、钢件的断续切削及Mg、Al、Ti及Be等单质材料及其合金材料切削加工时效果较差，容易使刀具出现扩散磨损或发生剥落与崩刃等缺陷。 * F( g- _9 q1 q, p
   2. 氧化铝—金属系复合陶瓷刀具：为提高Al₂O₃陶瓷刀具韧性，材料中引入10%以下的Cr、Co、Mo、W、Ti、Fe等金属元素，由此形成Al₂O₃金属陶瓷。这样材料密度、抗弯强度及硬度均有提高，但由于氧化铝—金属陶瓷刀具抗蠕变强度低、抗氧性差，到目前为止，其推广使用情况不佳。
   3. 氧化铝—碳化物系复合陶瓷刀具：系将一定比例的碳化物，如Mo₂C、WC、TiC、TaC、NbC和Cr₃C₂等加入到Al₂O₃陶瓷中，采用Mo、Ni(或Co、W)等金属作为粘结相热压而成的陶瓷刀具材料。当TiC含量为30%时，陶瓷刀具的耐用度获得显著提高，而热裂纹深度也较小。目前国际上生产的热压Al₂O₃-TiC陶瓷刀具均采用此配方，如山东大学的SG4陶瓷刀具、肯纳刀具公司的KY1615等。Al₂O₃-TiC陶瓷的抗弯强度，耐热冲击性等均优于纯Al₂O₃陶瓷刀具。在Al₂O₃-TiC陶瓷材料中，由于金属粘结Al₂O₃晶粒和碳化物晶粒二者相互穿插的骨架组成，具有较高的联接强度，因此形成较好的切削性能。这类陶瓷刀具最适用于加工淬硬钢、合金钢、锰钢、冷硬铸铁、铸钢，镍基或镍铬合金，镍基和钴基金合等，另外还可用于非金属材料如纤维玻璃，塑料夹层及陶瓷材料的切削加工。由于氧化铝一碳化物金属陶瓷抗热震性能良好，故可适用于铣削，刨削，反复短暂切削或其它断续切削等，亦可采用切削液进行湿式切削等。 / m% K( k' ^& H5 M# D
   4. 氧化铝—氮化物、硼化物金属复合陶瓷刀具：此种陶瓷刀具材料基本性能与加工范围与Al₂O₃一碳化物金属陶瓷材料相当，不过由于以氮化物、硼化物取代TiC，如Al₂O₃-TiN, Al₂O₃-Ti(C,N)，Al₂O₃-TiB₂，因此它具有更好的抗热震性能与更适用于间断切削。但是其抗弯强度与硬度都比添加TiC的金属陶瓷低一些，对它的研究与开发仍在继续中。
   5. SiC晶须增韧Al₂O₃陶瓷刀具：SiC晶须的加入使Al₂O₃基陶瓷的断裂韧性提高两倍多，同时保留了很高的硬度，目前这种陶瓷刀具可用于淬硬钢、工具钢、冷硬铸铁和镍基合金的加工。如肯纳刀具公司的KY4300为SiC晶须增韧Al₂O₃陶瓷刀具，具有良好的韧性，可用于加工高温合金和高硬度铸造材料。
   6. AlON基陶瓷：在氮氧化铝(AlON)基体中添加碳化硅晶须，可使氮氧化铝陶瓷基体得到加强。对于传统的高温合金精加工而言，这种刀具材料具有强韧性、抗磨损性和抗热冲击性三者的完美结合。与碳化硅晶须增强氧化铝基陶瓷相比，经碳化硅晶须增强的氮氧化铝陶瓷已被证明可以提高其抗破损能力。
2. 氮化硅系陶瓷刀具材料 : h: O- r+ ?% s
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   1. 单一Si₃N₄陶瓷刀具：此类陶瓷刀具主要是以MgO为添加剂的热压陶瓷。由于Si₃N₄陶瓷以共价键结合，晶粒是长柱状的，因此有较高的硬度、强度和断裂韧性，其硬度为91～93HRA，抗弯强度为0.7～0.85GPa，耐热性可达1300～1400℃，具有良好的抗氧化性。同时它有较小的热膨胀系数(=3×10^-6/℃)，所以有较好的抗机械冲击性和抗热冲击性。Si₃N₄刀具适合于铸铁、高温合金的粗精加工、高速切削和重切削，其切削寿命比硬质合金刀具高几倍至十几倍。此外，Si₃N₄陶瓷有自润滑性能，摩擦系数较小，抗粘接能力强，不易产生积屑瘤，且切削刃可磨得锋利。能加工出良好的表面质量，特别适合于车削易形成积屑瘤的工件材料，如铸造硅铝合金等，在汽车发动机铸铁缸体等加工中应用越来越普遍。
   2. 复合Si₃N₄陶瓷刀具：单一Si₃N₄陶瓷的硬度并不是特别高(HRA92.5)，在加工硬度较高的工件时，如冷硬铸铁(HS65～80)、高铬铸铁(HS80～90)等，单一Si₃N₄陶瓷刀具的耐用度是较低的，为改善其耐磨性，加人TiCN、TiCN-TiN作为硬质弥散相，以提高刀具材料的硬度，同时保留较高的强度和断裂韧性，称为复合氮化硅陶瓷刀具。与单一Si₃N₄陶瓷刀具相比，复合氮化硅陶瓷刀具的抗氧化能力、化学稳定性、抗蠕变能力和耐磨性都有了很大提高，且易于制造和烧结。 ; F' M0 j M. Z7 l2 }
   3. 赛隆Sialon陶瓷刀具：赛隆陶瓷以Si₃N₄为硬质相，Al₂O₃为耐磨相，并添加少量助烧剂Y203，经热压烧结而成，有很高的强度和韧性，Sialon陶瓷刀具具有良好的抗热冲击性能。与Si₃N₄相比，Sialon陶瓷刀具的抗氧化能力、化学稳定性、抗蠕变能力与耐磨性能更高，耐热温度较高达1300℃以上，具有较好的抗塑性变形能力，其冲击强度接近于涂层硬质合金刀具。赛隆(Sialon)陶瓷材料有2种晶体结构，a-Sialon为等轴晶，具有较高的硬度和耐磨性能，b-Sialon为柱状晶，断裂韧性和热传导能力相对较好，a+b-Sialon复相陶瓷刀具综合了两相优点，切削性能更优异，重载条件下其耐磨性能优于单相陶瓷刀具。Sialon陶瓷刀具适用于高速切削、强力切削、断续切削，不仅适合于干切削，也适合于湿式切削。如肯纳刀具公司开发的Sialon陶瓷刀具KY1540可用于铸铁、镍基合金、钛基合金和硅铝合金的高速切削加工。由于它和钢的化学亲和性大，Sialon陶瓷刀具不适合加工钢。
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      a-Al2O3与k-Al2O3相互交替的涂层刀具

      ; w* x7 P k0 R; i9 U7 d7 x6 w6 S: ~. t U3 r5 }8 G4 Z, D/ P+ f+ W s1 C! [9 K$ e. E. {% x- H3 M4 o3 r* _# ~( q1 O" P+ q4 N& }4 I7 F2 t0 A/ f8 ^# R' a Z3 H* }0 i8 t9 `% x, s5 \/ U3 Q1 Y# a$ a: R- p4 p. J% t 刀具牌号 涂层结构 应用 KB9610 用于淬硬钢(>HRC48)的精密加工，工件越硬效果愈好。应用于轴承钢、热轧或冷拨钢材、高速钢、模具钢、渗碳和渗氮硬化铁或者其他表面硬化的工件材料。不能用于软钢。 KB9640 用于粗到半精加工珠光体灰口铸铁、冷硬铸铁、高铬合金钢、粉末冶金金属，或者重载粗加工硬化钢(>HRC45)，也用于珠光体灰口铸铁和冷作铸铁的精加工。不能用于淬硬钢的精加工。

      PCBN基体CVD氧化铝涂层刀具

   4. Si₃N₄晶须增韧陶瓷刀具：该类陶瓷是在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性。北京方大高技术陶瓷有限公司生产的FD03刀片及湖南长沙工程陶瓷公司生产的SW21牌号均属这一类。FD03刀片是在Si₃N₄陶瓷基体中加入了硬质弥散颗粒TiC，SW21刀片是在Si₃N₄中加入了一定量的SiC晶须，故有较好的使用性能。
3. 陶瓷涂层刀具
   涂层技术可提高刀具的耐磨性而不降低其韧性，较好的解决了刀具材料存在的强度和韧性之间的矛盾，是切削刀具发展的一次革命。常用的涂层方法是PVD和CVD，陶瓷涂层以CVD法为主，最近WALTER刀具公司在世界上首次开发出了硬质合金基体上的PVD氧化铝陶瓷涂层刀具。PVD氧化铝陶瓷涂层刀具既具有较好的韧性，又具有良好的抗磨损性能，适用于难加工材料、不锈钢和普通钢的高效切削加工。 0 m; c/ P Z! F* X) _' j
   涂层方式有单涂层，、多涂层、纳米涂层等。陶瓷单涂层刀具如Ingersoll公司的IN6510(K15-K20硬质合金基体)、IN6515(K15-K35，P20-P30硬质合金基体)、IN6530(P25-P45，M25-M40，K20-K50硬质合金基体)。厚膜氧化铝涂层对于提高加工效率很有帮助，但通常的涂层技术在膜厚增厚的同时会降低涂层与基体的结合力，肯纳刀具公司通过技术改进，在不降低结合力的前提下，已将KC9110氧化铝涂层的厚度从12µm先增加到182µm，后又提高到242µm，使该刀具的切削性能大大提高。 ' a, q' J4 E7 P+ a
   多层陶瓷涂层可阻挡裂纹的扩展，提高刀具寿命，近年来发展较快。如山高刀具公司的钻削用T2000D(涂层材料Ti(C, N)-Al₂O₃-TiN)，T3000D刀具(涂层材料 Ti(C,N)- Al₂O₃)；铣削用T150 M(涂层材料Ti (C, N)- Al₂O₃)，T350 M(涂层材料Ti (C, N)- Al₂O₃/TiN)，T200 M(涂层材料Ti (C, N)- Al₂O₃-TiN)，T250M(涂层材料Ti (C, N)- Al₂O₃/TiN)；车削用TP1000 、TP2000(涂层材料Ti (C, N)- Al₂O₃-Ti (C,N)-TiN)，TP3000、TP200、TP400、TK1000、TK 2000(涂层材料Ti (C, N)-Al₂O₃-TiN)，山高刀具公司还开发了a- Al₂O₃与k- Al₂O₃相互交替的涂层刀具。WALTER刀具公司开发生产了氧化铝多层涂层刀具：WAP系列(涂层材料TiCN- Al₂O₃-TiN)，WAK系列(涂层材料TiCN- Al₂O₃/TiN)，WAM 系列(涂层材料TiCN- Al₂O₃-HfN)。肯纳刀具公司开发了硬质合金基体KC系列CVD氧化铝多层涂层刀具，如表所示。
   纳米涂层材料的每一个颗粒尺寸都非常小，因此晶粒边界非常长，从而具有很高的高温硬度、强度和断裂韧性，已开发出400层的TiAlN-TiAlN/Al₂O₃纳米涂层刀具。 1 I3 s% ~) }* p: G* ?
   氮化硅基陶瓷的韧性优于氧化铝基陶瓷，但其耐磨性稍差。切削铸铁时，氮化硅基陶瓷刀具的后刀面磨损大于氧化铝基陶瓷刀具，切削钢料时，氮化硅基陶瓷刀具的月牙洼磨损较大。为此，国外在氮化硅基陶瓷表面上施以Al₂O₃涂层，经Al₂O₃涂层后的氮化硅刀具其磨损量为未涂层的1/3。如Sandvik公司的GC1690和山高(日本)刀具公司的氮化硅基涂层陶瓷刀具，肯纳刀具公司最近开发的氮化硅基CVD氧化铝涂层陶瓷刀具KY3400可用于球墨铸铁的高速加工，也可用于灰口铸铁、延展铸铁或球墨铸铁的通用加工。
   肯纳刀具公司还在PCBN基体上研制了CVD氧化铝涂层刀具KB9610(低含量CBN)、KB9640(高含量CBN)，外层的金黄色TiN涂层主要是易于识别，大大提高了PCBN刀具的前刀面抗月牙洼磨损能力，抗热腐蚀和化学腐蚀能力也大大提高。KB9640还特别适合于灰铸铁刹车片(盘)的加工，同样条件下，PCBN基体CVD氧化铝涂层刀具寿命比未涂层PCBN提高了近3倍。住友电工公司在该公司CBN200/CBN80(立方氮化硼烧结体)表面涂履特殊的陶瓷涂层，使PCBN刀具材料的耐磨性提高30%，刀具寿命大幅度延长，这种新型刀具主要用来高速加工汽车行业常用的高硬度淬火钢和铸铁。

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三、陶瓷刀具材料的应用

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陶瓷刀具材料、牌号种类繁多，性能各异，而切削加工的工件材料种类多种多样，陶瓷刀具和其它刀具一样，也不是万能的，各有一定的适用范围，在工业生产中，针对不同的工件材料和加工要求，选择合适的陶瓷刀具材料进行加工是提高加工效率、降低加工成本的关键所在。鉴于陶瓷刀具的特性，选用时必须注意以下几方面的问题：(1)机床-刀具-工件-夹具组成的加工系统必须具有良好的刚性、机床须具有足够的功率和较高的转速；(2)防止工件结构、材料不均匀或毛坯加工余量不均匀对刀具的冲击；(3)合理选择刀具几何参数；(4)合理选择切削用量。

通常白色的、含少量ZrO₂的Al₂O₃基陶瓷用于加工铸铁件，而ZrO₂含量更高的Al₂O₃基陶瓷用于加工钢件。通过强韧化机理，ZrO₂增强了工具的断裂韧性，但它降低了工具的热导率和硬度。而TiC含量高达30%的黑陶瓷与白陶瓷相比，其韧性和硬度都更好，被应用于加工更硬的铁、钢、镍基合金。韧性和抗磨损性兼备的细颗粒Al₂O₃-TiCN黑陶瓷在铸铁、铁合金、硬度高达60HRC的不锈钢的车削和钻削精加工中取代了Al₂O₃-TiC陶瓷刀具。开发于80年代初、带有SiC晶须增强物的Al₂O₃陶瓷因SiC晶须分散的晶胞所导致的裂纹偏转而比黑、白陶瓷具有更好的韧性。由于具有更高的热传导率和较低的热膨胀率，这些晶须同时也提高了材料的硬度和抗热冲击能力。这些刀具材料适用于镍基合金和铸铁的高速/高进给加工，但因SiC的化学稳定性较差而不宜用于钢铁加工。
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各类刀具材料的红硬性

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Si₃N₄/Sialon陶瓷刀具材料具有类晶须的晶粒构造，该类陶瓷比白色的Al₂O₃陶瓷具有更强的韧性，具有出色的红硬性和抗热冲击能力，能进行高速、高进给加工并可用于镍基合金和铸铁的断续切削。但它们较低的化学稳定性使其在加工钢件时缺乏优势。

山特维克可乐满(Sandvik Coromant)公司生产的CC6090氮化硅陶瓷刀具适于高速粗、半精切削加工灰铸铁，而纯陶瓷CC620及复合陶瓷CC650适于精加工轻载荷切削灰铸铁。该公司生产的Sialon陶瓷刀具CC6080适于高效精、半精车耐热合金，如镍基合金。而晶须增韧的陶瓷刀具CC670可用于镍基合金的粗车、精车，也可用于粗车淬硬钢和冷硬铸铁。该公司生产的GC6050复合陶瓷刀具适于高效精、半精车削淬硬钢和冷硬铸铁轧辊。 9 D( X4 s. {+ X! M

山特维克可乐满公司车削铸铁的专用牌号GC3205、GC3210、GC3215分别采用不同的硬质合金基体和不同厚度的TiCN-Al₂O₃涂层刀具，可分别用于灰铸铁的高速加工、球墨铸铁的高速加工和各种铸铁的中低速断续切削加工。该公司还生产用于加工奥氏体不锈钢的陶瓷涂层刀具，牌号为GC2015，涂层结构为TiN-TiN/ Al₂O₃(多层)-TiCN，GC2015的基体采用了梯度硬质合金，表面富钴，韧性好，内部有良好的红硬性，允许应用高的切削速度，底层的TiCN与基体的结合强度高并有良好的耐磨性，TiN/Al₂O₃的多层结构既耐磨又能抑制裂纹的扩展，表面的TiN有较好的化学稳定性又易于观察刀具的磨损。该公司利用Wiper技术开发的Wiper陶瓷刀片适于硬车削、铸铁的切削加工及耐热合金的切削加工。

蓝帜(LMT)集团BOEHLERIT公司的Casttec LC620H刀具采用强韧基体，表面涂覆Al₂O₃，可减小前刀面月牙洼磨损，主要用于断续切削，能以400m/min的线速度断续切削灰铸铁。
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Wiper陶瓷刀片

带槽的陶瓷刀片

当高速切削时，刀片及刀杆(刀柄)的刚性是关键的，为此肯纳(Kennametal)刀具公司开发了带压槽的陶瓷刀具，这类刀具在铸铁高速加工时能提供较高的刚性，该公司还开发了圆形的陶瓷刀片。

KY3500为纯氮化硅陶瓷，韧性最强，用于灰口铸铁的大进给量加工，包括断续切削。KY1310为Sialon陶瓷刀片，耐磨性极好，通常用于灰口铸铁的高速连续车削加工，也可以车削硬化工件表皮。KY2100也为Sialon陶瓷刀片，耐磨性好，而且具有良好的抗机械冲击的能力，可用于高温合金的通用加工。KY1525为晶须增韧的氧化铝陶瓷刀片，用于高温耐热合金的精加工或通用加工，刀片耐磨性好。刃口抗热冲击能力强，抗notch wear能力强。KY4400陶瓷刀片是在1µm晶粒度的Al₂O₃基体中混入了TiCN而开发成的，适合于精车和半精车硬度达40-67 HRC的淬硬钢或铸铁。

IN11，IN22和IN23是伊斯卡(ISCAR)公司开发的陶瓷刀片。IN11刀片的主要成分为Al₂O₃ 和ZrO₂，颜色是白色，可用于钢(切削速度400 m/min)和铸铁(切削速度600 m/min)的精加工；IN22刀片的主要成分为Al₂O₃ 和TiCN，颜色是黑色，可用于淬硬钢、难加工材料、冷硬铸铁的车削，也可用于高速钢和工具钢的切削加工，加工硬度50 HRC淬硬钢的切削速度可达150 m/min ，进给量达0.2 mm/rev；IN23刀片的主要成分为Al₂O₃ 和TiC，颜色是黑色，应用范围与氮化硅陶瓷刀具相似，可用于灰铸铁和球墨铸铁的半精、精加工，也可用于精铣或轻断续切削加工，加工灰铸铁的刀具寿命比未涂层氮化硅陶瓷刀具的寿命长。该公司开发的氮化硅刀具IS8的主要成分包括Si₃N₄，Al₂O₃和Y2O3. 特别适合于粗、半精加工铸铁，也可用于车削或铣削灰铸铁和球墨铸铁。该公司开发的陶瓷刀具具有各种形状，有带孔的，也有不带孔的。 ' d" ~' ?/ v. B. `7 Y" i% ^

三菱综合材料公司车削铸铁的牌号UC5105、UC5115均涂覆微粒Al₂O₃和微粒且纤维状的TiCN厚膜，前者采用高硬度的基体，用于灰铸铁和球墨铸铁的高速连续切削；后者采用强韧的基体，用于球墨铸铁的不稳定条件加工。该公司UE系列的CVD硬质合金刀片表层是细晶的Al₂O₃，可用于加工钢材。

京瓷(Kyocera)公司的Al₂O₃基陶瓷刀具KA30适合于高速切削铸铁；ZrO₂增韧陶瓷刀具SN60适合于精车铸铁；Al₂O₃-TiC复合陶瓷A65适于半精、精加工钢、铸铁和高硬材料；A66N为TiN涂层Al₂O₃-TiC复合陶瓷，其韧性与耐磨性好于普通Si₃N₄陶瓷；KS500和KS6000都是Si₃N₄基陶瓷，前者适合于断续、高进给切削铸铁，也可用于湿切削；后者用于粗车和高温合金。

黛杰(Dijet)公司开发的Al₂O₃陶瓷CA010适于铸铁、钢的连续高速精加工；Al₂O₃-TiC复合陶瓷CA100适于铸铁和钢的连续车削；SiC晶须增韧的陶瓷刀具CA200可用于耐热合金、铸铁的断续切削加工；Si₃N₄陶瓷刀具CS100主要用于铸铁的连续或断续切削加工。
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LT55	加工多种钢(HRC55)和铸铁特别适于超高强钢和高硬铸铁
SG4	加工各种钢和铸铁，特别适于加工淬硬钢(HRC60~65)
JX-1	适于加工高温镍基合金
JX-2	最适于加工纯镍和高镍合金
LP-1	适于加工各种钢和铸铁
LP-2	同上，适于断续切削
LD-1	同上，适于断续切削
LD-2	同上，适于断续切削
FG-1	同上，适于加工超高强钢和高硬铸铁
FG-2	同上，特别适于加工淬硬钢
FH1-1	同上，加工淬硬钢
FH1-2	同上，适于断续切削钢和铸铁(包括淬硬钢)

就陶瓷刀具的应用讲，德国陶瓷刀具已不仅用于普通机床，且已将其作为一种高效、稳定可靠的刀具用于数控机床加工及自动化生产线，在德国约70%加工铸件的工序是用陶瓷刀具完成的。日本陶瓷刀片在产品种类、产量及质量上均具国际先进水平，日本陶瓷刀具的年消耗量已占刀具总量的8%～10%。美国在氧化物—碳化物—氮化物陶瓷刀具研制开发与应用方面一直占世界领先地位。中国陶瓷刀具开发应用也取得许多重大成果。

山东大学(原山东工业大学)建立了基于切削可靠性的陶瓷刀具材料设计和制造理论，以高速切削可靠性为优化目标，对刀具材料进行组分、微观结构和工艺设计，研究开发先进陶瓷刀具材料。先后研制成功颗粒弥散增强增韧、晶须与颗粒协同增韧、梯度功能、粉末涂层、硼化钛增强和陶瓷－硬质合金复合刀片等新型陶瓷刀具材料，并已转让成批生产，供实际使用，取得了重大的经济和社会效益。 ; D) U- u! G2 R! s

北京方大高技术陶瓷有限公司、成都工具研究所、株洲钻石公司等都国内刀具厂商也开发生产陶瓷刀具，如株洲钻石公司生产的用于铸铁精加工的YBD052黑金刚刀片，采用平滑涂层技术，对微粒氧化铝进行平滑涂层处理，可减少刀具黏结磨损，比该公司现有的加工铸铁牌号的刀具可提高切削速度30%～40%，刀具寿命可提高40%～50%。

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