從γ-Al2O3向α-Al2O3相變的特點(diǎn)是表面積減少。氧化鈰被用來(lái)防止α-氧化鋁相變，有助于在溫度高達1000℃的還原條件下有效地保持較高的表面積。氧化鋁—氧化鈰復合材料廣泛應用于催化轉化器。γ-Al2O3具有大的表面積，但由于相變能發(fā)揮有效作用的溫度范圍有限，Alessandro等人對CeO2含量為2%～25%的Al2O3/CeO2復合材料在不同氣氛中的熱穩定性和結構穩定性作過(guò)研究。據稱(chēng)，在氧化條件下氧化鈰作為γ-Al2O3的穩定劑幾乎完全失效，在還原條件下其效果則有明顯的提高。在還原條件下Ce3＋（主要為CeAlO3）的形成能阻止晶體生長(cháng)且能防止導致表面積減少的α-Al2O3的生成。Damyanova等人以不同的CeO2含量（在0.5～12wt.%范圍內）制備了Al2O3/CeO2混合氧化物。將樣品在500℃和800℃進(jìn)行煅燒，并用不同的方法加以表征。試驗表明，CeO2含量和煅燒溫度不同，樣品表面上形成的氧化鈰種類(lèi)不盡相同。CeO2含量高于6wt.%，則氧化鋁表面形成納米氧化鈰，且氧化鈰濃度較低時(shí)為非晶態(tài)。如果添加1wt.%CeO2, 氧化鋁和氧化鈰之間存在的強相互作用則導致表面類(lèi)CeAlO3相的形成。Sayle等人研究過(guò)氧化鈰涂層對氧化鋁的影響，并對界面缺陷進(jìn)行了分析。據稱(chēng)，界面氧空位對Al2O3界面CeO2單層不太穩定。據Holles等人報道，帶有金屬鉑的氧化鋁－氧化鈰復合材料（Pd/CeOx/Al2O3和Rh/CeOx/Al2O3）被用作催化轉化器，可清除汽車(chē)排放的一氧化碳、氮氧化合物及未燃燒的碳氫化合物等廢氣。也有報道稱(chēng)，氧化鈰的存在可提高催化轉化器的性能。Zhang等人以傳統方法用CeO2、Al2O3及GdO2粉末制備了復合氧化物粉末，并在大氣中于1550℃燒結5小時(shí)。對顯微硬度和壓痕斷裂韌性進(jìn)行的測定表明，Ce0.8Gd0.2O2陶瓷的威氏硬度為9.23GPa, 壓痕斷裂韌性為1.47MPam1/2。樣品的Al2O3含量若高于10%，則硬度和斷裂韌性均有顯著(zhù)的提高。

　　實(shí)驗程序

　　將平均粒度分別為1.2μm和5μm的95wt.%氧化鋁粉末和5wt.%氧化鈰粉末加以混合。將氧化鋁－氧化鈰混合物與聚乙烯醇混合，以200MPa壓力單向冷壓成菱形刀片。將生坯在大氣中于1600℃燒結2.5小時(shí)。為便于比較，按上述程序在相同條件下冷壓和燒結純氧化鋁粉末。燒結試樣在磨床上用金剛石砂輪進(jìn)行精加工。刀片的最終形狀和尺寸符合國際標準ISO CNGN120708的要求。氧化鋁－氧化鈰生坯的密度為理論密度的62%，燒結試樣的密度則為理論密度的96%。純氧化鋁生坯的密度為理論密度的59%，燒結試樣的密度則為理論密度的92%。燒結氧化鋁－氧化鈰刀片的XRD（X射線(xiàn)衍射）花樣證實(shí)，燒結氧化鋁－氧化鈰刀片存在α-Al2O3（corundum）和CeO2（cerianite）。氧化鋁－氧化鈰刀片的硬度為1680HV，而純氧化鋁刀片的硬度為1650HV。氧化鋁－氧化鈰刀片由于致密化程度得到提高，硬度稍高于純氧化鋁刀片。氧化鋁－氧化鈰刀片的斷裂韌性為4.7MPam1/2，而純氧化鋁刀片的斷裂韌性為3.4MPam1/2。氧化鋁－氧化鈰的斷裂韌性值高于純氧化鋁源于復合材料的顆粒增韌。Kim等人認為，該復合材料的硬度、斷裂韌性、彈性模量和強度等機械性能的提高是由于燒結密度的改善。

　　在精密車(chē)床上用在實(shí)驗室制備的新開(kāi)發(fā)氧化鋁－氧化鈰陶瓷刀片對灰鑄鐵工件（硬度170BHN）進(jìn)行切削試驗。為便于比較，切削試驗還用實(shí)驗室制備的純氧化鋁刀片和工業(yè)氧化鋯增韌氧化鋁（ZTA）刀片。工業(yè)ZTA刀片含有96.5wt.%氧化鋁和3.5wt.%氧化鋯。其密度高于理論密度的99%。ZTA的硬度為1730HV，斷裂韌性為4.5MPam1/2。因陶瓷一般用來(lái)加工鑄鐵，故切削試驗選用灰鑄鐵。切削用量：切削速度120、170、270m/min，進(jìn)給量0.12mm/r，切削深度0.5mm，加工時(shí)間15min，干切。刀桿規格為ISO CCLNR 2525 M 1207。陶瓷刀片的性能通過(guò)測量刀片后面磨損和已加工工件表面光潔度來(lái)評價(jià)。

　　實(shí)驗結果與討論

　　刀具磨損對刀具耐用度、加工表面質(zhì)量及尺寸精度產(chǎn)生不利影響，從而影響切削加工的經(jīng)濟效益。在不同形式的刀具磨損中，后面磨損乃是衡量刀具磨損的一個(gè)重要尺度，因為它影響工件的尺寸精度。從陶瓷刀片后面磨損隨加工時(shí)間的變化圖和陶瓷刀片后面磨損隨切削速度的變化圖可以看出，氧化鋁－氧化鈰刀片的后面磨損與工業(yè)ZTA刀片不相上下，低于純氧化鋁刀片。后面磨損中主要的磨損機理是磨料磨損和黏著(zhù)磨損。陶瓷刀具的后面磨損隨著(zhù)切削速度的提高而增加。如同其它陶瓷刀具一樣，氧化鋁－氧化鈰陶瓷刀片的后面磨損也是漸進(jìn)性的，在給定加工條件下加工灰鑄鐵并未觀(guān)察到嚴重的磨損花紋。新開(kāi)發(fā)的氧化鋁－氧化鈰刀片的抗后面磨損性由于機械性能的改善而優(yōu)于純氧化鋁刀片。

　　表面光潔度不僅影響加工件的尺寸精度，而且還影響其性能。車(chē)削既要保持尺寸精度又要保持表面質(zhì)量。尺寸精度由車(chē)刀的后面磨損控制，表面質(zhì)量則主要取決于刀尖的形狀穩定性。車(chē)削中的理想刀具能在工件表面上充分地復現其刀尖，因此車(chē)削工件表面質(zhì)量在很大程度上決定于刀尖的形狀穩定性。從陶瓷刀片加工15min后表面粗糙度Ra與切削速度的關(guān)系可以看出，陶瓷刀片加工出的表面光潔度隨著(zhù)切削速度的增加而改善。氧化鋁－氧化鈰刀片加工出的表面光潔度可與工業(yè)ZTA刀片媲美，且優(yōu)于純氧化鋁刀片。氧化鋁－氧化鈰陶瓷刀片在加工工件上表現的表面光潔度優(yōu)于純氧化鋁刀片，其原因在于機械性能的改善使刀尖形狀穩定性得到提高。