第1章 绪论 1
1.1 从传统陶瓷到特种陶瓷 1
1.1.1 特种陶瓷的特性和应用领域 2
1.1.2 研究特种陶瓷的意义和特种陶瓷的发展前景 2
1.2 刀具材料的最新发展 3
1.2.1 涂层刀具 3
1.2.2 超细晶硬质合金刀具 4
1.2.3 金属陶瓷刀具 4
1.2.4 陶瓷刀具 4
1.2.5 超硬材料刀具 4
1.3 金属陶瓷的定义和一般原理 5
1.3.1 金属陶瓷的定义 5
1.3.2 金属陶瓷材料体系的选择原则 5
1.3.3 金属陶瓷复合原理 7
1.4 金属陶瓷的类型及应用 8
1.4.1 氧化物基金属陶瓷 9
1.4.2 碳化物基金属陶瓷 11
1.4.3 碳氮化物基金属陶瓷 12
1.4.4 硼化物基金属陶瓷 12
1.4.5 含石墨或金刚石状碳的金属陶瓷 13
1.5 金属陶瓷的制备、显微组织及合金成分对材料性能的影响 14
1.5.1 金属陶瓷的制备方法 14
1.5.2 金属陶瓷的显微组织及合金成分对材料性能的影响 15
1.6 金属陶瓷的性能与成本 16
1.7 金属陶瓷的应用、前景及发展趋势 18
1.7.1 金属陶瓷的应用及前景 18
1.7.2 金属陶瓷的发展趋势 19
1.8 Ti（C,N）基金属陶瓷材料的发展概况及特性 19
1.8.1 Ti（C,N）基金属陶瓷材料的发展 19
1.8.2 纳米与纳米技术 21
1.8.3 Ti（C,N）基金属陶瓷的结构和性能 23
1.8.4 Ti（C,N）基金属陶瓷的发展趋势 25
参考文献 26
第2章 Ti（C,N）基金属陶瓷的制备工艺 29
2.1 Ti（C,N）基金属陶瓷的粉末制备 29
2.1.1 制取金属陶瓷粉末的固相法 30
2.1.2 制取金属陶瓷粉末的液相法 34
2.1.3 制取金属陶瓷粉末的气相法 37
2.1.4 Ti（C,N）基金属陶瓷粉末制备的实例 42
2.2 金属陶瓷的成形方法 44
2.2.1 成形前的原料处理 44
2.2.2 成形方法 51
2.3 Ti（C,N）基金属陶瓷的烧结 56
2.3.1 金属陶瓷的烧结机理 56
2.3.2 Ti（C,N）基金属陶瓷烧结方法 59
参考文献 64
第3章 Ti（C,N）基金属陶瓷的显微组织 67
3.1 Ti（C,N）基金属陶瓷的显微结构 67
3.1.1 Ti（C,N）基金属陶瓷的显微组织 67
3.1.2 金属陶瓷的相界面结构 69
3.1.3 金属陶瓷组织的取向关系 74
3.2 粉末组分对Ti（C,N）基金属陶瓷组织的影响 77
3.2.1 Ti（C,N）基金属陶瓷的组分 77
3.2.2 添加剂组分对Ti（C,N）基金属陶瓷组织的影响 78
3.3 原始粉末粒度对显微组织的影响 93
3.3.1 原始粉末粒度对金属陶瓷显微组织的影响 93
3.3.2 原始粉末粒度对Co为黏结相的金属陶瓷显微组织的影响 99
3.4 Ti（C,N）基金属陶瓷梯度功能材料（FGM） 106
3.4.1 FGM的发展 106
3.4.2 Ti（C,N）基金属陶瓷FGM 112
参考文献 115
第4章 Ti（C,N）基金属陶瓷的力学性能 122
4.1 弹性模量 122
4.1.1 弹性及弹性模量 122
4.1.2 显微结构对弹性模量的影响 123
4.1.3 弹性模量的测试方法 124
4.2 抗弯强度 127
4.2.1 金属陶瓷的抗弯强度测试 127
4.2.2 影响Ti（C,N）基金属陶瓷强度的因素 127
4.3 硬度 144
4.3.1 金属陶瓷硬度的测试方法 144
4.3.2 影响Ti（C,N）基金属陶瓷硬度的因素 145
4.4 断裂韧性 152
4.4.1 断裂韧性的基本概念 152
4.4.2 金属陶瓷断裂韧性的测试方法 152
4.4.3 影响断裂韧性的因素 154
4.5 冲击韧性 158
4.6 疲劳裂纹扩展速率（da/dv-△K）曲线 159
4.6.1 Ti（C,N）基金属陶瓷的疲劳裂纹扩展速率 159
4.6.2 Ti（C,N）基金属陶瓷的疲劳裂纹扩展特性 159
4.6.3 金属陶瓷的疲劳裂纹扩展机理 161
4.7 摩擦磨损 162
4.7.1 摩擦磨损 162
4.7.2 润滑条件下的摩擦磨损研究 163
4.7.3 干磨损条件下的摩擦磨损研究 165
参考文献 166
第5章 Ti（C,N）基金属陶瓷的抗热震性 169
5.1 热应力 169
5.1.1 热应力的来源 169
5.1.2 热应力的计算 170
5.2 陶瓷材料的抗热震性评价理论 171
5.2.1 临界应力断裂理论 171
5.2.2 热震损伤理论 172
5.2.3 断裂开始和裂纹扩展的统一理论 173
5.3 Ti（C,N）基金属陶瓷的热震残留强度 174
5.3.1 热震残留强度理论 174
5.3.2 金属陶瓷热震残留强度的影响因素 175
5.4 热震条件对金属陶瓷热震裂纹萌生及扩展的影响 179
5.4.1 循环温度对金属陶瓷热震裂纹萌生及裂纹扩展速率的影响 179
5.4.2 黏结相含量对金属陶瓷热震裂纹萌生孕育期及扩展速率的影响 180
5.4.3 晶粒度大小对金属陶瓷热震性能的影响 181
5.4.4 化学成分对金属陶瓷热震裂纹扩展速率与萌生孕育期的影响 182
5.4.5 冷却介质对金属陶瓷热震裂纹扩展速率的影响 183
5.4.6 缺口对金属陶瓷热震裂纹扩展速率的影响 185
5.5 金属陶瓷热震裂纹的萌生及扩展机制 186
5.5.1 金属陶瓷热震过程的微孔洞形成机制 186
5.5.2 金属陶瓷热冲击疲劳裂纹的形成机制 188
5.5.3 金属陶瓷热震裂纹扩展机制 189
5.6 陶瓷材料抗热震性测试方法及提高抗热震性的途径 193
5.6.1 陶瓷材料抗热震性测试方法 193
5.6.2 提高陶瓷材料抗热震性的途径 194
参考文献 194
第6章 金属陶瓷的润湿性 196
6.1 金属陶瓷中润湿性的研究 196
6.1.1 润湿现象与表征 196
6.1.2 润湿性分类 196
6.1.3 润湿性机理 197
6.1.4 润湿性研究实验方法及手段 198
6.1.5 改善润湿性的途径 200
6.2 陶瓷基板的制备和测试 201
6.2.1 陶瓷基板试样的成分 201
6.2.2 陶瓷基板试样的制备 203
6.2.3 测试与表征 204
6.3 Ni对Ti（C,N）基多元陶瓷润湿性 207
6.3.1 试样制备和试验方法 207
6.3.2 试验工艺条件对接触角的影响 208
6.3.3 添加碳化物对接触角的影响 210
6.4 Ni/（Me,Ti）（C,N）体系界面结合强度 223
6.4.1 实验方法 223
6.4.2 界面结合强度 224
6.4.3 断裂方式 226
6.4.4 断口分析 227
6.5 润湿性与多元陶瓷相价电子结构的关系 230
6.5.1 陶瓷相价电子结构的计算 230
6.5.2 陶瓷相价电子结构计算结果 233
6.5.3 多元回归分析 237
6.5.4 润湿性与价电子结构的关系 241
参考文献 242
第7章 Ti（C,N）基金属陶瓷的其他性能 245
7.1 Ti（C,N）基金属陶瓷的塑性变形及蠕变 245
7.1.1 金属陶瓷的塑性变形 245
7.1.2 金属陶瓷的超塑性 247
7.1.3 金属陶瓷的蠕变 250
7.2 Ti（C,N）基金属陶瓷的抗氧化性 256
7.2.1 加热温度对抗氧化性能的影响 256
7.2.2 化学成分对金属陶瓷及硬质合金抗氧化性能的影响 257
7.2.3 金属陶瓷与硬质合金抗氧化性能作用机理 258
7.3 Ti（C,N）基金属陶瓷的焊接性 259
7.4 Ti（C,N）基金属陶瓷的高温性能 261
7.5 Ti（C,N）基金属陶瓷的磨削性能 263
7.5.1 Ti（C,N）基金属陶瓷的金刚石砂轮磨削性 263
7.5.2 陶瓷磨削性能的影响因素 263
参考文献 264
第8章 纳米TiN改性TiC基金属陶瓷组织与力学性能 266
8.1 纳米材料及纳米改性材料 266
8.2 实验材料和方法 266
8.2.1 实验材料 266
8.2.2 实验方法 267
8.3 纳米TiN添加量对材料微观组织的影响 268
8.4 纳米TiN添加对金属陶瓷材料力学性能的影响 270
8.5 纳米—微米TiN复合添加对金属陶瓷材料组织的影响 274
8.6 纳米—微米TiN复合添加对金属陶瓷力学性能的影响 275
参考文献 278
第9章 含Co的纳米改性金属陶瓷的组织与力学性能 279
9.1 Mo含量对金属陶瓷组织和力学性能的影响 279
9.1.1 试验材料和方法 279
9.1.2 Mo添加量对5Co+5Ni金属陶瓷组织的影响 280
9.1.3 Mo添加量对10Co+10Ni金属陶瓷组织的影响 283
9.1.4 Mo含量对5Co+5Ni金属陶瓷力学性能的影响 285
9.2 WC含量对金属陶瓷组织和力学性能的影响 286
9.2.1 WC含量对金属陶瓷组织的影响 286
9.2.2 WC含量对金属陶瓷力学性能的影响 290
9.3 C含量对金属陶瓷组织和力学性能的影响 294
9.3.1 C含量对金属陶瓷组织的影响 294
9.3.2 C含量对金属陶瓷力学性能的影响 296
参考文献 300
第10章 铣刀用纳米改性金属陶瓷材料组织与力学性能 301
10.1 铣刀用纳米改性金属陶瓷材料成分设计 301
10.2 铣刀用纳米改性金属陶瓷材料制备 302
10.3 铣刀用纳米改性金属陶瓷力学性能 302
10.3.1 黏结相含量对金属陶瓷力学性能的影响 302
10.3.2 黏结相种类对金属陶瓷力学性能的影响 304
10.3.3 Ni/Co比值对金属陶瓷力学性能的影响 305
10.3.4 添加Mo对金属陶瓷力学性能的影响 306
10.4 铣刀用纳米改性金属陶瓷显微组织 307
10.4.1 显微组织 307
10.4.2 化学成分对金属陶瓷组织的影响 309
10.5 断口形貌 311
参考文献 313
第11章 超细晶粒Ti（C,N）基金属陶瓷组织和力学性能 314
11.1 金属陶瓷材料成分设计 314
11.2 金属陶瓷材料制备 316
11.3 材料性能测试 317
11.4 显微组织和力学性能 319
11.4.1 原始粉末粒径对显微组织的影响 319
11.4.2 原始粉末粒径对力学性能的影响 324
11.4.3 TiC/TiN添加对组织和力学性能的影响 325
11.4.4 TiC/TiN添加对力学性能的影响 332
11.4.5 Mo、Co添加量对金属陶瓷组织和力学性能的影响 336
参考文献 339
第12章 纳米TiN改性TiC基金属陶瓷刀具的切削性能 341
12.1 切削正火态45＃钢 341
12.1.1 刀具的切削与磨损 341
12.1.2 纳米TiN改性的TiC基金属陶瓷刀具切削磨损特点 342
12.1.3 纳米TiN改性的TiC基金属陶瓷刀具的切削用量优化 347
12.2 切削灰铸铁 350
12.2.1 灰铸铁材料的切削特点 350
12.2.2 纳米TiN改性的TiC基金属陶瓷刀具切削磨损特点 351
12.3 切削淬火态45＃钢 356
12.3.1 淬火钢的切削加工特点 356
12.3.2 纳米TiN改性的TiC基金属陶瓷刀具切削磨损特点 357
12.3.3 刀具的失效形式与磨损曲线 357
12.3.4 纳米改性金属陶瓷刀具与对比刀具的切削性能比较 358
12.3.5 纳米改性金属陶瓷刀具的切削用量优化 359
12.3.6 切削淬火态45＃钢时的广义Taylor公式 361
12.4 切削奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti 361
12.4.1 材料的切削加工性 361
12.4.2 纳米改性金属陶瓷刀具切削不锈钢的切削性能 362
参考文献 363
第13章 含Co的纳米改性金属陶瓷刀具的切削性能 364
13.1 切削正火态45＃钢 364
13.1.1 刀具的磨损形态和过程 364
13.1.2 刀具材料及试验条件 365
13.1.3 纳米改性金属陶瓷刀具切削试验结果 367
13.1.4 纳米改性金属陶瓷刀具的切削参数优化 370
13.1.5 纳米改性金属陶瓷刀具的切削特点及磨损机理 374
13.2 切削灰铸铁时的切削性能、参数优化及磨损机理 381
13.2.1 试验条件和方法 382
13.2.2 切削试验结果 382
13.2.3 纳米改性金属陶瓷刀具的切削参数优化 386
13.2.4 纳米改性金属陶瓷刀具切削磨损机理 390
13.2.5 金属陶瓷刀具切削灰铸铁时磨损机理 393
参考文献 394
第14章 纳米改性金属陶瓷可转位面铣刀 396
14.1 可转位面铣刀发展概况 396
14.2 可转位面铣刀的结构形式和使用范围 398
14.2.1 刀片的定位形式 398
14.2.2 刀片轴向及径向位置的调整形式 398
14.2.3 刀片的夹紧形式 398
14.3 可转位面铣刀的刀片形式 398
14.3.1 刀片的形状 398
14.3.2 刀片的刃口形式 398
14.3.3 刀片的刀尖形式 398
14.4 可转位面铣刀的几何角度 398
14.4.1 主要几何角度的符号及意义 399
14.4.2 可转位面铣刀几何角度的选择 399
14.5 端铣削方式及铣刀相对工件的位置 400
14.6 铣削要素及铣削用量的选取 401
14.6.1 铣削要素 401
14.6.2 铣削用量的选取 401
14.7 金属陶瓷可转位面铣刀的铣削性能及磨损机理 402
14.7.1 概述 402
14.7.2 铣刀磨损及耐用度 403
14.7.3 试验方法和条件 404
14.7.4 纳米改性金属陶瓷可转位面铣刀铣削实验 405
14.7.5 铣刀磨损形态和机理 409
参考文献 413
第15章 超细晶粒Ti（C,N）基金属陶瓷可转位车刀的切削性能 415
15.1 实验材料和方法 415
15.1.1 刀具材料 415
15.1.2 可转位车刀的几何尺寸以及切削参数的选择 415
15.2 超细晶Ti（C,N）基金属陶瓷刀具的切削行为 416
15.3 超细晶粒Ti（C,N）基金属陶瓷刀具的磨损特性 419
参考文献 422
第16章 金属切削有限元模拟 423
16.1 概述 423
16.2 三维切削几何模型的简化 423
16.3 材料模型的建立 424
16.4 摩擦模型的建立 424
16.5 二维切削有限元模型的建立 425
16.5.1 几何模型转化为有限元网格模型 425
16.5.2 材料性能参数设置 425
16.5.3 接触条件设置 426
16.5.4 网格重划分 426
16.5.5 时间步长的设定 427
16.6 三维切削有限元模型的建立 427
16.7 金属切削有限元模型的切削参数设置 427
16.8 金属切削二维有限元模拟结果 427
16.8.1 金属切削过程中切削力变化 427
16.8.2 金属切削过程中的温度场分析 429
16.8.3 金属切削过程中的应力场分析 432
16.8.4 金属切削过程中的应变场分析 435
16.9 金属切削三维有限元模拟结果 436
16.9.1 Ti（C,N）基金属陶瓷刀具的磨损分析 436
16.9.2 不同材料刀具磨损性能对比 438
16.10 切屑卷曲变形及断裂分析 439
16.10.1 切屑卷曲程度的研究 440
16.10.2 切屑的等效应力分布 441
16.10.3 切屑的剪应力分布 441
16.10.4 切削金属断裂临界值的探讨 442
16.11 切削试验 444
参考文献 446