陶瓷刀具具有良好的硬度、耐磨性和抗高温氧化性,适用于金属材料的高速切削和干切削。但是,固有的脆性严重限制了其使用范围。增韧补强是陶瓷刀具材料开发中需要解决的关键问题。本研究以微米碳化钛和碳纳米管为增强相,采用热压烧结法制备了氮化硅基陶瓷刀具材料,对碳纳米管的含量对氮化硅基陶瓷刀具材料力学性能和微观组织结构的影响及氮化硅基陶瓷刀具的切削性能进行了研究。研究了碳纳米管的纯化和分散工艺。碳纳米管纯化的最优工艺:将碳纳米管浸泡在浓硝酸的稀释液中,进行30min的超声振荡,静置24h;进行3h的超声振荡;静置24h;再进行3h的超声振荡,静置2h。采用真空抽滤机进行抽滤,使用蒸馏水不断清洗直至PH值为7。最后,置于真空干燥箱中进行烘干。碳纳米管分散的最优工艺为分散剂的添加量和碳纳米管的质量比为1:1,超声振荡30min。研究了碳纳米管的含量对氮化硅基陶瓷刀具材料力学性能和微观组织结构的影响。当碳纳米管的含量为1wt%时,氮化硅基陶瓷刀具材料的综合力学性能最佳,其硬度、抗弯强度、断裂韧性分别为14.5GPa、850MPa和8.8MPa·m1/2,与未添加碳纳米管的陶瓷刀具材料相比,研制的新型氮化硅基陶瓷刀具材料的硬度、抗弯强度和断裂韧性分别提高了9.8%、18%、10%。采用新开发的氮化硅基陶瓷刀具对灰口铸铁进行了连续切削实验,在较高的切削速度、较低的进给速度和较小的切削深度条件下,其切削性能较好,磨损机理主要为粘结磨损和磨粒磨损。磨损后的后刀面比较平滑,被加工材料的表面粗糙度在2μm~5μm之间。在相同的切削参数条件下,与纯氮化硅陶瓷刀具相比,新研制的氮化硅基陶瓷刀具的切削温度较低,切削力较小。总体来说,设计并制备的氮化硅基陶瓷刀具有效提高了刀具的切削性能。