CN1032510A - 陶瓷切削工具镶刃 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硬质、韧性和导热的陶瓷切削工 具镶刃的生产，在硬质耐熔陶瓷镶刃中主要包括氧化 锆合金。当用于车削操作和/或铣削操作时，所说的 陶瓷切削工具镶刃显示了很好的性能。

Description

自从工业革命以来，借助铣削和车削进行金属制品的机械加工和成形加工已经成为现代社会的一部分。如人们所知道的那样，制备金属制品的工具或至少工具的刀刃最初是由金属制成的。但是，随着机械加工和成形加工操作中进料速度和旋转速度的增加，工具的刀刃遭受到越来越高的温度，从而刀刃和金属部件之间发生化学反应并很快地损耗就变得很明显了。由于这些情况是不希望的，故而人们进行了多方努力以使工具刀刃变硬，同时减少它们对于金属部件的化学反应。

因此，已有技术中经常谈到用可作为切削工具刀刃（或如切削工具技术中所定义的称为“镶刃”）的材料取代金属。就通常而言，已有技术中已经揭示了硬质耐熔陶瓷作为切削工具镶块组件的使用。举例如下：

第4，063，908号美国专利描述了TiO₂和TiC在Al₂O₃烧结陶瓷体中的掺合。第4，204，873号美国专利报导了包含WC和TiN的含Al₂O₃的烧结陶瓷体。第4，366，254号美国专利揭示了以相似的方式将ZrO₂，TiN或TiC和稀土金属碳化物加入到Al₂O₃陶瓷基体中。

通常，用于铣削和车削操作的切削工具镶刃是特意设计的。即：为一种操作所设计的镶刃通常不能用于其它的操作中，因为两种操作的磨损特性是大不相同的。因此，为车削所设计的切削工具镶刃用于铣削操作时，通常不能达到相对快速;当为铣削所设计的工具镶刃用于车削时，也具有相似的情况。而最近，可用于车削和铣削两种操作

的切削工具镶刃已生产出来了，但其成功是有限的。

为了令人满意地工作，陶瓷切削工具镶刃必须具有各种物理特性。这些特性是：硬度，导热性、强度和韧性（均为温度的函数）。随温度的变化在镶刃的相中所产生的不期望的相转变一定要加以避免，且如上所述，与工件之间的化学反应也应达到最小。尽管个别的材料在几个特性方面是杰出的，但它其它的方面的不足却使其不能用作为切削工具的镶刃。有上述不足的一个例子是氧化锆，该材料的强度和韧性是极好的，但其导热系数低，硬度也低。低的导热系数导致在使用时，镶刃的刀口变得如此热以致使材料可能呈塑性流动状。

对两种类型的金属切削操作业已进行了标准化试验，即车削试验和间断切削或铣削试验。根据每一个情况下所承受的作用可以较广泛地刻划两种试验的特征。如此，车削主要是测定镶刃材料的耐摩擦和化学损耗的一种手段。间断切削试验则是测定镶刃材料抗热和机械冲击或振动的能力。

在车削试验中，一块金属（“工件”）被安装于车床上，在预先确定的速度下相对镶刃转动。镶刃被安装于工具柄上，它沿着工件的长度方向移动。单位时间内在工件上切削的金属量是三个因素的函数：第一，主轴在转动工件时旋转的速度，以每分钟转数（RPM）表示;第二，镶刃借助工具柄与轴平行地沿工件的长度方向从一端移动到另一端的速率，该速率是以工件的英吋/每转（IPR）来测定的;第三，镶刃切削进工具的距离，该距离以切削的深度（DOC）来测定。将一和二两个操作结合就得到金属切削速率的标准测定，它通常以每分钟表面呎（SFPM）来表示。在进行测试的标准过程中，IPR保持在0.010″，DOC保持在0.075″，RPM则根据所需要的金属切削的速率而变化。

间断切削试验采用一部在切削头上带有一个镶刃的六角车床。这样，当工件横跨旋转的切削头移动时，镶刃实质上会切削工件。间断试验是动态试验，因为进刀速率随过程的进行而增加。在本发明的试验基体中，前20次切削是以0.0025    IPR的进刀速度进行的，每5次接连的切削后，增加0.0025的IPR量，如此，当20次结束时，进刀速率为0.010    IPR。然后切削第21至60次，每5次增加0.0050    IPR的速率，如此第25次时的进刀速率为0.015    IPR，切削60次后，进刀速率为0.050    IPR。0.050    IPR的进刀速率是最高极限，因为它表示了试验设备的最大能力。该试验提供了材料的耐热和耐机械冲击的信息，且该试验是以镶刃的毁坏而终止的。

为了令人满意地工作，镶刃在铣削操作中需要具有好的耐热和耐机械冲击性。此外，这样的耐热和机械冲击的性能在车削操作中也是需要的。在车削操作的切削条件下，例如在很大的进料速率下，深的切削深度，或当冷却剂使用时，镶刃必须具有承受这些条件下所固有的热和机械应力的能力。且当镶刃对付一种不均质的工件材料时，也必须具有相同的耐久性，例如，当车削的工件中包含硬的夹杂物或当车削鳞状的表面时。因此，在间断切削筛选试验中良好的性能表示了该镶刃材料在很多车削操作的条件下也可以工作得很好。

上述试验可设计来用以通过增加切削速度而进行模拟加速磨损试验。例如，车削试验中可采用速度约为2000-3000SFPM，该速率比工业上通常用的800-1000SFPM要大得多。因此，通常情况下，切削速度越大，在镶刃/工件的相交面的温度也越高。在提高的温度下（于2500-3000SFPM，约1300℃或更高），高的切割速度会引起工件较严重的塑性变形，由此随着切削时受热金属被切削掉，会产生较低的磨耗和机械冲击。但是，较高的温度促使化学反应速率增加，因此增加了与温度相关的磨损机制，如粘附磨耗的增加。

尽管已经广泛地研究了用陶瓷复合物来改善切削工具的镶刃，仍需要为金属铣削和车削操作而设计镶刃，使它的耐久性和可靠性明显优于目前所具有的产品。

因此，本发明的主要目的是提供一种切削工具镶刃，它可呈现超凡的韧性，耐磨性，耐冲击性，导热性和耐热振性，尤其适合于在铣削和车削操作中使用。

与本发明共同转让的由Thomas D.Ketcham在1986年11月4日提交的第926，655号美国专利申请，名为“高韧性陶瓷合金”，报导了呈现出极佳的高韧性值，以断裂韧性值（K_IC）来表示的陶瓷合金的生产。它所揭示的合金基本上由0.5～8%韧性剂（以氧化物为基准的摩尔百分数表示）和其余的氧化锆组成。因为与本发明相关，该申请所揭示的内容在此全部列出作为参考资料。但是，这里所提供的只是与本发明直接有关的所揭示的主要概述。

因此，在这里所提到的韧化剂是选自由YNbO₄、YTaO₄、MNbO₄、MTaO₄和它们的混合物所组成的这个组，其中M是一种阳离子，它以摩尔为计量基准;它可替换选自由Mg⁺²、Ca⁺²、Sc⁺³所组成的这个组的一种Y阳离子，以及选自由La⁺³、Ce⁺⁴、Ce⁺³、Pr⁺³、Nd⁺³、Sm⁺³、Eu⁺³、Gd⁺³、Tb⁺³、Dy⁺³、Ho⁺³、Er⁺³、Tm⁺³、Yb⁺³、Lu⁺³和它们的混合物所组成的这个组的一种稀土金属离子。该申请也描述了各种组成体的构成，其中合金构成了一个元素。例如，合金体中可以具有耐熔的陶瓷纤维和/或晶须，如氧化铝、富铝红柱石、涎石、碳化硅、氮化硅、AlN、BN、B₄C、ZrO₂、锆石、氧碳化硅和尖晶石的纤维和/或晶须。该合金可掺入到硬质耐熔陶瓷基体：如氧化铝、Al₂O₃-Cr₂O₃固溶体、涎石、碳化硅、氮化硅、碳化钛、二硼化钛和碳化锆之中。最后，可制得一种复合体，它是由合金混合物、耐熔陶瓷纤维和/或晶须和硬质耐熔陶瓷所构成。

本发明是在上述发明的基础上，将很窄范围的一定量的上述申请所描述的类型的陶瓷合金并入上述申请所描述的类型的硬质耐熔陶瓷所组成的基体之中，它还可任意地具有也在上述申请中所描述的类型的耐熔陶瓷纤维和/或晶须。这样，能表现出极好物理和化学特性的一种材料就可以制备而用作切削工具镶刃。因此，本发明的硬质、韧性、导热的陶瓷切削工具镶刃基本上是由55～80%硬质耐熔陶瓷和20-45%氧化锆合金（均以重量百分数表示）组成，所说的氧化锆合金主要包括1～4%（以氧化物的摩尔百分数表示）选自由YNbO₄、YTaO₄、MNbO₄、MTaO₄和它们的混合物所组成的组中的一种韧化剂。（其中M以摩尔为基准，它是一种阳离子，由代替选自由Mg⁺²、Ca⁺²、Sc⁺³组成的这个组的一种Y阳离子，以及选自由La⁺³、Ce⁺⁴、Ce⁺³、Pr⁺³、Nd⁺³、Sm⁺³、Eu⁺³、Gd⁺³、Tb⁺³、Dy⁺³、Ho⁺³、Er⁺³、Tm⁺³、Yd⁺³、Lu⁺³和它们幕旌衔锼槌傻恼飧鲎榈囊恢窒⊥两鹗衾胱铀槌杉坝嗔课趸?9%～96%的氧化锆）。最可取的合金中采用YNbO₄和/或YTaO₄作为韧化剂。通过已知的稳定剂，如CaO、CeO₂、MgO、Nd₂O₃和Y₂O₃的加入，氧化锆可以部分地被稳定化。通常，这种稳定剂的浓度约在0.5-6摩尔百分数的范围内，Y₂O₃的量最佳是在0.5-2摩尔百分数的范围内。据此，这里所用的术语“氧化锆”包括通过加入极少量已知的稳定剂而部分稳定化的氧化锆。术语“氧化锆”也不局限于任何特殊的晶体相或晶格结构，但是在可能应用的氧化锆中可以包含各种相和晶格结构。通常，在镶刃的基体中所任意包含的耐熔陶瓷纤维和/或晶须的含量水平不超过总体积的35%。

除了切削工具的组成以外，最终材料的微观结构也是重要的。因此，合金在硬质耐熔陶瓷基体中必须分布均匀，且应避免它们聚结。因为业已发现，约50微米或更大的合金聚结体的存在会引起镶刃变弱，微裂纹会从这个聚结体产生并传送到基体各处。

Supra第926，655号专利申请揭示了用于形成细筛分的、可烧结的这种陶瓷合金粉末的二种一般的形成方法。第一种方法包括共沉淀过程，而第二种方法包括将一种商品化的含Y₂O₃部分稳定化的ZrO₂作为起始物质，它通过各种添加物来加以改性。这两种方法均适用于提供生产本发明镶刃的合金粉末。共沉淀和添加物方法的完整描述在第926，655号专利申请中均已叙述，这里列为本申请的参考资料。在对每一种方法的一个具体实施例的主要描述中，均提到使用YNbO₄作为韧化剂。

在共沉淀过程中，将NbCl₂溶解于HCl水溶液中以形成一个溶液，该溶液可通过0.3-1微米的过滤器过滤。将浓缩的硝酸氧锆和Y（NO₃）₃·6H₂O的水溶液加入NbCl₂/HCl溶液中。大大过量的NH₄OH水溶液被加入以用于得到高过饱和现象，共沉淀很快地进行以避免阳离子的偏析。所得到的沉淀物凝胶在离心机中用PH＞10的NH₄OH水溶液洗涤数次，凝胶中残留的水通过冷冻干燥而除去。干燥后的物质在约1000℃焙烧2小时，焙烧物加入异丙醇成泥浆，再采用ZrO₂小球振动球磨3天。将浆液进行筛滤除去小球，然后蒸发干燥。所得到的粉末的颗粒尺寸小于1微米，典型的为小于0.3微米。

上述方法很明显地表示出其只是在实验室中操作的，对于该领域的技术人员来讲，在单个步骤中的各种修饰是很明显的。

在添加法的过程中，粉末状Nb₂O₅被掺入由甲醇和商品化的部分稳定化的ZrO₂（ZrO₂-3摩尔%Y₂O₃）且用ZrO₂小球振动球磨2.5天的浆液中。然后筛滤浆液以除去小球，将甲醇蒸发干燥，所得到的粉末在800℃焙烧2小时。得到的颗粒的直径小于5微米，较佳为小于2微米。

与共沉淀方法相似，上述的添加法也只表示了实验室过程，在单个步骤中的各种修饰对于该领域的技术人员来讲也马上变得很明显了。

形成本发明的镶刃的较佳的过程包括三个一般的步骤：

（a）将合金和硬质耐熔陶瓷等粉末以所需的比例混合，要很仔细地进行混合以保证不产生直径大于50微米的聚结体，较佳为所得混合物中聚结体的直径不大于10微米（粘接剂和润滑剂可以任选地包含在内，如需要的话，还可包含耐熔的陶瓷纤维和/或晶须）。

（b）将所得的混合物成形为所需的结构体;和

（c）在约1100°-1700℃的温度下将成形体烧结成一个整体。

混合物的成形为所需要的形体通常通过压力操作而进行，尽管小的镶刃也可通过挤压而生产。因此，混合物可以单向干压或等静冷压，或混合物可单向或等静热压。烧结步骤可与热压同时进行或先于热压进行。例如，混合物可以先在1100°-1700℃焙烧，然后在相同的温度范围内等静热压。当成形体中使用粘接剂/分散剂时，它们必须在烧结前通过将物体加热到一个提高的温度（但低于烧结温度），如300°-800℃而除去，持续的时间要足以挥发/烧去这些物质。烧结可以在空气中（氧化氛）或在非氧化氛中进行，两者的结果是明显等同的。

切削工具镶刃可通过将基本成份以合适的比例简单地混合到一起，将该混合物成形为所需的结构体，然后在1100°-1700℃下烧结该成形体而制备。因此，这样的产品可以下列步骤制备：

（a）形成一种基本上由硬质耐熔陶瓷、氧化锆、韧化剂组成的粉末混合物，该韧化剂选自由YNbO₄、YTaO₄、MNbO₄、MTaO₄和它们的混合物所组成的这个组，其中M是阳离子，它以摩尔数为基准，由可代替选自由Mg⁺²、Ca⁺²、Sc⁺³所组成的这个组的一种Y阳离子，和选自由La⁺³、Ce⁺⁴、Ce⁺³、Pr⁺³、Nd⁺³、Sm⁺³、Eu⁺³、Gd⁺³、Tb⁺³、Dy⁺³、Ho⁺³、Er⁺³、Tm⁺³、Yb⁺³、Lu⁺³和它们的混合物组成的这个组的稀土金属离子所组成，或还包括一种组份，当一起反应时就形成了所说的韧化剂;如果需要的话，氧化锆的稳定剂，所说的粉末以足量和合适的比例存在，凭借烧结而产生一种基体，用重量百分比来表示的话，它主要包括20-45%氧化锆合金和55-80%硬质耐熔陶瓷，所说的氧化锆合金主要包括1～4%（以氧化物的摩尔百分数表示）的韧化剂和其余为氧化锆;

（b）将上述混合物成形为切削工具镶刃所需的结构体;和

（c）在约1100°-1700℃下烧结所说的成形后的混合物以形成硬质、韧性、导热的基体。

上述的方法具有不需要预先制备ZrO₂合金的实用优点。但是，用这种方法所制备的镶刃的特性中，某些方面略有不一致于预先制备合金，然后再与硬质耐熔陶瓷混合而制成的镶刃。因此，尽管合金可以在硬质耐熔陶瓷和组成合金的组分的粉末混合物中形成，但它很难保证合金以合适的浓度有效地分布于整个基体中以形成均匀的硬度、韧性和导热性。

为了说明该项实践，根据下列步骤制备了一种氧化锆合金/氧化铝体：

（a）将一合适比例的氧化锆、Nb₂O₅、Y₂O₃和氧化锆的粉末置于塑料容器中，与ZrO₂球一起振荡而混合;

（b）将粉末混合物掺入蒸馏水中以形成浆液（显然可用其它的不与粉末产生反应的液体，如甲醇、异丙醇和甲基乙基（甲）酮）;

（c）将浆液振动球磨三天;

（d）将球磨后的浆液喷雾干燥（显然，也可用其它的干燥方法，如简单地烘干）;然后

（e）将干燥后的物质置于石墨模具中，在1450℃和6000磅/平方英寸的压力下单向热压1小时。

当纤维和/或晶须被置于产品中时，结果将是令人欣赏的，它们可以在烧结以前的任何步骤中加入。因此，唯一需要的是使它们包含在要进行烧结的成形体中。

从实际的观点出发，经验告诉人们，氧化铝构成了适用于上述合金以形成切削工具镶刃的较佳的硬质耐熔陶瓷基体。将至多为5%摩尔的Cr₂O₃加入到合金和氧化铝的基本混合体中看起来可改善镶刃的耐磨性。但是，当加入的量大于约5%（摩尔）时，基体的导热性如此地减退，即镶刃在使用时变热并可发生塑性变形。Cr₂O₃可减退烧结后的Al₂O₃-Cr₂O₃体导热性的基本机理已在美国专利第4，533，647中列举了。由合金韧化的二硼化钛或者氧化铝和二硼化钛的混合物所制备的切削工具镶刃也可很好地工作;但是，二硼化钛的成本高于氧化铝。用碳化钛、氮化钛、碳化锆和其它的该领域技术人员已知的涂层材料涂覆镶刃可增加产品的耐磨性。

Si    C纤维和晶须构成了较佳的耐熔陶瓷纤维和晶须。

表Ⅰ列举了一些用以说明本发明的参数的组成，以合金的摩尔百分数和基体的摩尔百分数表示。合金的韧化剂组成成份单独用氧化物为基准的摩尔百分数来表示，添加的Y₂O₃和Cr₂O₃也一样（如果存在的话）。氧化锆构成了合金的其余量。

诸合金均采用上述的添加法而制备。然后，将合金粉末与基体材料的粉末相混合，不添加粘接剂和润滑剂，将该混合物置于石墨模具中，在1450℃和6000磅/平方英寸的压力下单向热压。

表Ⅰ

实例    合金（摩尔%）    基体（摩尔%）

1 18.2%（2%YNbO₄） 81.8%Al₂O₃

2 18.2%（3.5%YNbO₄） 81.8%Al₂O₃

3 18.2%（4.7%YNbO₄） 81.8%Al₂O₃

4 24.0%（2%YNbO₄） 76.0%Al₂O₃

5 24.0%（2.1%YNbO₄-1%Y₂O₃） 76.0%Al₂O₃

6 24.0%（4.2%YNbO₄）） 76.0%Al₂O₃

7 29.6%（2%YNbO₄） 70.4%Al₂O₃

8 35.1%（1%YNbO₄） 64.9%Al₂O₃

9 35.1%（2%YNbO₄） 64.9%Al₂O₃

10 35.1%（3.1%YNbO₄） 64.9%Al₂O₃

11 19.4%（2.1%YTaO₄） 80.6%Al₂O₃

12 18.2%（2%YNbO₄） 81.8%（Al₂O₃-3%Cr₂O₃）

13 20.3%（3.1%YNbO₄-1%Y₂O₃） 79.7%TiB

14 24.0%（2%NdNbO₄） 76.0%Al₂O₃

15 18.2%（2%YNbO₄） 81.8%（Al₂O₃-30%Cr₂O₃）

16 6.1%（2%YNbO₄） 93.9%Al₂O₃

17 12.3%（1%YNbO₄） 87.7%Al₂O₃

18 12.3%（2%YNbO₄） 87.7%Al₂O₃

19 12.3%（4.2%YNbO₄） 87.7%Al₂O₃

20 18.2%（8.7%YNbO₄） 81.8%Al₂O₃

21 18.2%（11.1%YNbO₄） 81.8%Al₂O₃

22 24.0%（1%YNbO₄） 76.0%Al₂O₃

23 45.7%（2%YNbO₄） 54.3%Al₂O₃

我们已经看到，材料表现出来的硬度、韧性和导热性和作为切削工具镶刃的实际使用之间有很强的相关性。因此，我们也已发现，当导热性在可接受的数值内时，可显示出断裂韧性（K_IC）至少为6MPa

和维氏硬度（Vickess hardness）大于15.0GPa的材料作为切削工具镶刃时工作得非常令人满意。如果只有过分的硬度而没有相当的韧性则会导致镶刃破裂。因此，压痕韧性和硬度的测定已用于目标组成的快速筛选试验。样品是通过将烧结体研磨和抛光为镜面光洁度而制备的。然后，采用Anstis等人在《Journal of the American Ceramic Society》第533-538页（1981年9月）中所报导的压痕方法测定韧性和硬度。采用AD999的

值得到方程式：

K_IC＝0.0175p^1/2E^1/2dc^-3/2

硬度通常为维氏硬度，定义为H＝1.854p/d²，其中，在两个方程式中p都代表负荷，c是裂纹长度，d在两个方程式中都代表压痕的对角线长度，E是弹性模量，对于氧化铝采用380GPa，对于氧化锆铌酸钇合金采用200GPa，而对于二硼化钛则采用450GPa。所用的负荷为10kg。

表Ⅱ列举了对表Ⅰ的实例所测定的维氏硬度值，以GPa表示，和断裂韧性（K_IC）的值，以MPa

来表示。

表Ⅱ

实例    硬度    韧性

1    18.2    7.1

2    19.1    6.1

3    18.6    6.3

4    17.3    6.0

5    19.1    6.8

6    18.2    6.1

7    16.5    6.2

8    16.1    6.8

9    16.1    6.2

10    15.7    6.2

11    19.1    6.15

12    19.1    6.8

13    17.3    6.0

14    15.0    6.7

15    15.7    6.2

16    21.2    3.7

17    20.1    5.1

18    18.6    4.3

19    16.5    4.7

20    18.2    4.4

21    19.1    4.85

22    18.2    5.0

23    14.4    微裂

可以看到，实例16-23所显示的韧性和/或硬度的值低于已发现适用于切削工具镶刃的那些数值。

表Ⅴ列举了由下列方程式而从导温系数计算导热系数的值：

导热系数＝密度×比热×导温系数

表Ⅴ

实例 导热系数（Wm^-1·K^-1）

1    20.42

3    20.87

5    19.94

12    14.35

15    7.38

19    23.26

22    19.2

如上所述，对于能提供令人满意的性能的切削工具镶刃材料来说，硬度、韧性和导热系数每一个性能都具有一临界的最小值是关键的。在附图中所示的条形图显示了这三种性能之间的内在联系。图中所示的A表示导热系数，B表示硬度、C表示韧性。业已发现实例1、3和5用作切削工具镶刃时可以优越的性能工作。这三个实例的韧性值均大于6.0MPa

，硬度值大于15.0GPa，导热系数值大于14Wm^-1·K^-1。与之相比，我们发现实例19和22不能用作为切削工具镶刃。尽管实例19呈现了可接受的导热系数和硬度值，但它失利于低的韧性值，即4.7MPa

。实例22具有可接受的导热系数和硬度性能，但其韧性仅为5.0MPa

。实例15显示了可接受的韧性和硬度值，但是，却具有令人不能接受的低的导热系数，即7.38W/M Wm^-1·K^-1，因为其中含有过量的Cr₂O₃。实例12显示出的韧性值为6.15MPa

，硬度值为19.1GPa，和导热系数为14.35Wm^-1·K^-1，由于它的导热系数而代表了可接受的切削工具工作的极限。尽管实例8和22具有相似的组成，但业已发现实例22不能满足韧性的标准。业已断定，在基体中合金的有效浓度太低，以致不能得到令人满意的切削工具镶刃所需要的性能。从上面的数据可以看出，由本发明的合金制备的切削工具镶刃，当该合金加入合适的基体中，必须具有某一下限的性能数值。如果材料不能显示出这种下限的性能数值，该材料就不能很好地作为切削工具镶刃。

表Ⅵ表示了对实例1、3、5、19和22的切削工具镶刃的试验结果。

表Ⅵ

实例    车削试验的失效时间    切削试验的切削次数

（振荡试验）

1    2556    36

3    2018    27

5    2116    34

19    924    22

22    1506    21

Std    1569    8

在表Ⅵ中，Std表示一种用含有氧化铝和碳化钛合金的工业材料制成的标准切削工具镶刃，在本发明之前所表现的性能数据，这些数据被用来作为可采用的镶刃之基准。本发明的合金镶刃在车削试验中，其耐久性比标准镶刃提高了63%。这些数据的试验条件为：1000SFPM，0.075切削深度、0.010英寸/转，且所有试验都是在4150钢材上做的。所示的失效时间以秒表示。所有认为可接受的实例与标准相比，可持续一段令人满意的更长的时间。而所发现的对于本发明的目的不能接受的那些实例与标准相比，则持续更短的，或几乎相等的时间。

铣削或间断切削试验镶刃的结果显示了比车削试验中观察到的更显著的改善，其耐久性与标准相比，平均要大300%。冲击试验采用灰口铁铸件，在1200SFPM下，切削深度为0.75;初始每转英寸为0.010    IPR，然后以上述的方法，即每切割五次后增加一定量。

可以推测，通过改变合金各向异性的热膨胀系数、正方的和单斜相的晶格参数和由正方相向单斜相转变的化学驱动力-△G，将所需范围内的韧化剂加入氧化锆中形成合金可改善切削工具材料的韧性。也可假定，这些变化会造成较大的导致韧性改善的转变区。

尽管不很肯定，我们假定在陶瓷基体中包含了合金可以改善切削工具镶刃材料的韧性，以与上述相同的方式，改变合金各向异性的热膨胀系数和正方和单斜相的晶格参数以及由正方相向单斜相转变的化学驱动力-△G，变化的结果就引起较大的转变区，由此而改善了韧性。我们也已发现，当本发明的材料用作切削工具镶刃时，显示了自修整的性能。即，初始可能出现一些镶刃自修整碎片，然后，又会出现另一些自修整碎片。我们相信这种现象是由于合金的较大转变区而形成的表面压缩应力的结果。

Claims (7)

1、一种硬度大于15GPa、韧性大于6MPa $\sqrt{m}$ ，导热系数大于14Wm^-1·K^-1的陶瓷切削工具镀刃，其特征在于它主要包括20-45%氧化锆合金和55-80%硬质耐熔陶瓷基体(均以重量百分数来表示)，所说的合金主要包括1-4%(以氧化物为基准的摩尔百分数来表示)选自由YNbO₄、YTaO₄、MNbO₄、MTaO₄和它们的混合物组成的这个组的一种韧化剂(其中M是一种阳离子，它以摩尔数为基准，由代替选自由Mg⁺²、Ca⁺²、Sc⁺³组成的这个组的Y阳离子，以及选自由La⁺³、Ce⁺⁴、Ce⁺³、Pr⁺³、Nd⁺³、Sm⁺³、Eu⁺³、Gd⁺³、Tb⁺³、Dy⁺³、Ho⁺³、Er⁺³、Tm⁺³、Yb⁺³、Lu⁺³和它们的混合物所组成的这个组的稀土金属离子所组成，和其余为(99-96%)氧化锆。

2、如权利要求1所述的陶瓷切削工具镶刃，其特征在于所说的硬质耐熔陶瓷基体选自由氧化铝、Al₂O₃-Cr₂O₃固溶体、涎石、碳化硅、氮化硅、碳化钛、二硼化钛、碳化锆和它们的混合物所组成的这个组。

3、如权利要求2所述的陶瓷切削工具镶刃，其特征在于所说的Cr₂O₃最高含量约为5摩尔%。

4、如权利要求1所述的陶瓷切削工具镶刃，其特征在于它还包括最多为总体积35%的耐熔陶瓷纤维和/或晶须。

5、如权利要求4所述的陶瓷切削工具镶刃，其特征在于所说的耐熔陶瓷纤维和/或晶须选自由氧化铝、富铝红柱石、涎石、碳化硅、氮化硅、AlN、BN、B₄C、氧化锆、氧碳化硅和尖晶石所组成的这个组。

6、一种如权利要求1-5中任一项有传导性的陶瓷切削工具的方法，其特征在于它包括下列步骤：

（a）将所需成份的配料以合适比例混合而得到所说的混合物组成，

（b）将所说的混合物成形为用于切削工具镶刃所需要的结构体，

（c）在1100℃-1700℃的温度下烧结所说的成形后的混合物，得到硬质、韧性和导热的物体。

7、如权利要求6所述的方法，其特征在于所说的混合物中不包含颗粒直径大于50微米的颗粒或聚结体。

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