陶瓷刀具由于其良好的耐磨性、出色的耐高温性、抗热震性和化学稳定性,在高速切削领域有着广泛的应用。但传统的陶瓷烧结技术存在着烧结体内部温度不均、烧结效率和能源利用率较低等缺点。本文利用微波烧结技术,通过材料体系设计、增强相的添加和微波烧结工艺的优化制备出性能优良的Si₃N₄基复合陶瓷刀具材料。对优化过的Si₃N₄基复合陶瓷刀具进行切削试验,研究其在不同切削参数下的切削性能,并与商业化陶瓷刀具SG4和硬质合金刀具YS8进行对比。首先研究了微波烧结工艺对Si₃N₄基陶瓷刀具材料的影响。研究结果表明:烧结温度对Si₃N₄基陶瓷刀具影响显著。在1600℃的烧结温度下,材料完全形成了长柱状的β-Si₃N₄晶粒,且综合力学性能最好。保温时间1Omin时材料相变转化率最高,晶粒生长程度也最好。微波烧结的烧结时间相比传统烧结工艺至少缩短三分之二,充分显示了微波烧结的高效、节能的特点。研究了SiC的添加对Si₃N₄基陶瓷材料性能的影响。研究结果表明:当加入SiC的粒度为1OOnm时材料的微观组织最细密、均匀,柱状晶形成比较完全。含量为5wt%的SiC会促进Si₃N₄的充分相变,使得晶粒生长完全,进而提高材料的硬度;产生更多的穿晶断裂模式,从而提高材料的断裂韧性。烧结材料致密度为96.65%、维氏硬度14.46GPa、断裂韧性 7.33MPa·m1/2。研究了Si₃N₄基陶瓷刀具材料连续干式切削淬硬45#钢的切削性能,确定其最佳切削用量为切削速度v=100m/min,进给量f=0.14mm/r,切削深度a_p=0.1mm。在此切削条件下刀具切削距离4000m时达到磨钝标准,稍短于SG4和YS8,但加工表面质量高于两者。刀具磨损机理是磨粒磨损和氧化磨损,也出现了粘结磨损现象。研究了Si₃N₄基陶瓷刀具材料连续干式切削淬硬合金钢40Cr的切削性能,确定其最佳切削用量为切削速度v=100m/min,进给量f=0.1mm/r,切削深度a_p=0.15mm。在此切削条件下刀具切削距离为2500m,比SG4和YS8的短,但加工表面质量比两者略高。刀具磨损机理为磨粒磨损和氧化磨损。