Struktura i własności poszczególnych rodzajów ceramiki narzędziowej oraz węglików spiekanych i cermetali:
WYTWARZANIE: Metody wytwarzania ceramiki narzędziowej:
Ceramikę narzędziową wytwarza się metodami metalurgii proszków, jednakże nie zawiera ona metalu wiążącego jak ma to miejsce w przypadku węglików spiekanych czy cermetali.
Surowcami, które przyczyniają się do powstania ceramiki narzędziowej są:
azotek krzemu (Si3N4),
tlenek aluminium (Al2O3),
wielofazowe mieszaniny tych faz z twardymi tlenkami, azotkami lub węglikami
Aby zwiększyć wytrzymałość (szczególnie na zginanie) materiałów narzędziowych poddaje się je izostatycznemu prasowaniu na gorąco.
Metody wytwarzania ceramiki mieszanej:
Wytwarzanie ceramiki mieszanej jest związane z pewnymi trudnościami:
podczas spiekania wymagana jest atmosfera nie utleniająca,
wraz ze wzrostem udziału TiC oraz TiN wymagane są wyższe temperatury
spiekania, które powodują wtórną rekrystalizację, czyli rozrost ziaren.
W celu zapobiegania temu zjawisku płytki narzędziowe z udziałem od 20% TiC są z reguły wytwarzane przez jednoosiowe prasowanie na gorąco (spiekanie pod ciśnieniem). Technologia ta jest jednakże związana z wyższymi kosztami wytwarzania, a jej stosowanie ograniczono do płytek o prostej geometrii. Płytki te są ponadto obarczone właściwościami anizotropowymi.
Spośród metod wytwarzania ceramika mieszanej na szczególną uwagę zasługuje jednostopniowa metoda: spiekanie - HIP.
Umożliwia ona w czasie jednego cyklu:
formowanie,
spiekanie,
dogęszczanie.
Materiały narzędziowe wytwarzane tą metodą charakteryzują się:
gęstością zbliżoną do teoretycznej,
znacznie większą wytrzymałością na zginanie od analogicznych
materiałów wytworzonych poprzez spiekanie swobodne.
Nie bez znaczenia jest tu również skrócenie czasu cyklu wytwarzania
W przypadku ceramiki mieszanej, otrzymywanej tą metodą, wytrzymałość na zginanie jest dwukrotnie większa od wytrzymałości ceramiki wytworzonej przez spiekanie swobodne oraz o ok. 30% większa od wytrzymałości ceramiki wytworzonej przez spiekanie swobodne z następnym dogęszczaniem technologią HIP.
Metody wytwarzania ceramiki sialonowej:
Ceramikę sialonową można zasadniczo wytwarzać dwoma metodami:
jednostopniowa, polegająca na reakcyjnym spiekaniu zaformowanej
mieszaniny azotku krzemu z dodatkiem tlenku i azotku glinu oraz dodatku
spiekającego,
dwustopniowa, która obejmuje najpierw syntezę fazy sialonowej a
następnie formowanie i spiekanie materiału w azocie.
Przebieg wytwarzania węglików spiekanych:
po uzyskaniu sproszkowanego węglika wolframu, węglika tytanu
i węglika tantalu miesza się je z odpowiednią ilością sproszkowanego
kobaltu w piecu kulowym,
po starannym wymieszaniu i rozdrobnieniu prasuje się przy ciśnieniu
1000 -1500 kG/cm2,
uzyskane płytki poddaje się wstępnemu spiekaniu przy temp. ok. 750°C,
następnie nadaje się ostateczny kształt płytkom (pamiętając, że po
ostatecznym spiekaniu następuje zmniejszenie wymiarów o 20-30%) za
pomocą frezowania, piłowania, szlifowania itp.,
na zakończenie następuje ostateczne spiekanie w temp. ok. 1500°C,
a więc powyżej temp. topnienia kobaltu (1490°C).
Znane są liczne metody wytwarzania proszku węglików, a szczególnie :
metoda stapiania,
nawęglanie proszków czystych metali, tlenków lub wodorków metali w
stanie stałym poprzez spiekanie,
nawęglanie proszków czystych metali, tlenków lub wodorków metali
gazami zawierajęcymi węgiel,
wydzielanie z fazy gazowej,
wytracanie węglików ze stopionych metali,
elektroliza soli.
Cermetale są wytwarzane metodą metalurgii proszków:
formowanie jest najczęściej przeprowadzane przez prasowanie jednoosiowe,
spiekanie, zależnie od składu chemicznego, przebiega w temperaturze
1670 - 1820 K (z udziałem fazy ciekłej) w piecu próżniowym lub - w celu
zmniejszenia porowatości - pod ciśnieniem zewnętrznym (HIP).
Wytwarzanie cermetali:
Do wytwarzania najnowszej generacji cermetali, zamiast komponentów bazowych TiC, TiN, WC, Mo2C, TaC, NbC, mogą być stosowane dodatki:
węgliko-azotków Ti(C,N),
azotków i węglików typu (Ti,Ta)N, (Ti,Mo)C, (Ti,W)C, (Ti,Ta,W)C,
nawet wieloskładnikowych węglikoazotków na bazie (Ti,Ta,Mo,W)(C,N) z osnową niklowo-kobaltową.
Prowadzono liczne badania otrzymania tworzywa opartego na:
azotkach,
krzemkach,
borkach,
tlenkach metali
oraz węglikach pierwiastków niemetalicznych.
Stwierdzono, że azotki nie nadają się do produkcji twardych spieków, ze względu na:
niską twardość,
wymagane wysokie ciśnienie azotu w temperaturze spiekania
oraz skłonności do tworzenia węglików podczas spiekania.
Podobnie zadowalających rezultatów nie dały próby zastosowania krzemków. Większe znaczenie mogłyby mieć natomiast borki, chociaż ich rozpowszechnieniu, jako materiału na spieki, nie sprzyja duża trudność otrzymywania czystych borków.
STRUKTURA I WŁASNOŚCI: Ceramika tlenkowa (biała):
Głównym składnikiem tego materiału jest stabilny cieplnie tlenek aluminium Al2O3, który posiada dużą twardość i odporność na ściskanie. Ceramika biała w porównaniu z innymi materiałami narzędziowymi wykazuje największą odporność na zużycie chemiczne, co oznacza, że podczas skrawania przy wzajemnym oddziaływaniu materiału narzędziowego z materiałem obrabianym i otaczającą atmosferą prawie nie zachodzą procesy utleniania i dyfuzji.
Celem polepszenia ciągliwości i odporności na pękanie oraz szoków termicznych było opracowanie ceramiki Al2O3, umocnionej w wyniku przemiany fazowej. Efekt taki uzyskano dodając do ceramiki Al2O3 dyspersyjnych cząsteczek cyrkonu ZrO2, w ilości 3 - 15%.
Materiały ceramiczne oparte na tlenku cyrkonu ZrO2 są umocnione w wyniku przemiany martenzytycznej od sieci tetragonalnej przez trójskośną do jednoskośnej. Jeżeli tlenek cyrkonu jest stabilizowany przez Y2O3, CaO lub MgO, odmiana o sieci trójskośnej może występować w stanie metastabilnym w zależności od udziału pozostałych dodatków, obróbki cieplnej, szybkości chłodzenia i wielkości ziarna.
Ponieważ w warstwie powierzchniowej powstają wysokie naprężenia ściskające, materiały ceramiczne z tlenkiem cyrkonu mają znaczną odporność na zużycie i ścieranie. Grubość warstwy odpornej na ścieranie może być ponadto zwiększona przez dodatkową obróbkę mechaniczną
Cząsteczki tetragonalne ZrO2 mogą być dodawane do innych materiałów ceramicznych, np. złożonych z tlenków aluminium, azotków krzemu i węglików krzemu, polepszając ich odporność na pękanie. Własności wytrzymałościowe i ciągliwe tych materiałów są wykorzystywane jedynie do nieznacznie podwyższonej temperatury.
Dla materiałów zawierających ZrO2, ale także Al2O3, materiałów wzmacnianych i kompozytowych, a także nietlenkowych materiałów ceramicznych charakterystyczne jest zachowanie zgodne z „krzywą R" związane ze zwiększaniem się odporności na propagację pęknięć.
Własności posiadane przez jednofazową ceramikę tlenkową Al2O3:
duża twardość na gorąco,
odporność na zużycie ścierne,
mała wytrzymałość (na zginanie),
duża kruchość,
mała odporność na szoki termiczne.
STRUKTURA I WŁASNOŚCI: Ceramika mieszana tlenkowo - węglikowa (czarna):
Przez udział w strukturze ceramiki Al2O3 dodatków TiC oraz TiN otrzymuje się tzw. ceramikę mieszaną o kolorze czarnym, uzyskanym dzięki węglikowi tytanu. Dyspersyjne umocnienie ceramiki tlenkowej poprzez dodatki TiC i TiN ma na celu przede wszystkim zwiększenie ciągliwości tego materiału. Jednocześnie dzięki dużej twardości domieszek TiC i TiN następuje wzrost twardości ceramiki mieszanej o ok. 10% w porównaniu z twardością ceramiki tlenkowej.
Zwiększona w porównaniu z czystą ceramiką Al2O3 twardość ma szczególnie duże znaczenie przy termicznym obciążaniu ostrza w zakresie od temperatury otoczenia do ok. 1070 K, ponieważ przy dobrej ciągliwości prowadzi to
do dalszego wzrostu odporności na zużycie ścierne i erozyjne.
Powyżej tej temperatury TiC ulega utlenianiu, co powoduje pogorszenia właściwości użytkowych ceramiki mieszanej.
Wyższe właściwości użytkowe ceramicznych płytek narzędziowych uzyskuje się przy swobodnym spiekaniu z następującym potem izostatycznym dogęszczaniem na gorąco.. Metodą tą można otrzymywać materiały o dużej gęstości i drobnoziarnistej strukturze
Ceramika mieszana, dzięki dużej stabilności termodynamicznej, dużej twardości i wytrzymałości na ściskanie dodatków TiC i TiN, ma znacznie lepsze właściwości skrawne od ceramiki tlenkowej.
Również w porównaniu z innymi materiałami, przewaga ta jest bardzo wyraźna Dzięki małej rozszerzalności cieplnej, a także stwierdzonej dobrej przewodności cieplnej, ceramika mieszana wykazuje znaczną odporność na szoki termiczne, co umożliwia obróbkę przy użyciu cieczy obróbkowych. Stosowanie ostrzy z ceramiki mieszanej w obróbce skrawaniem umożliwia w wielu przypadkach zastąpienie operacji szlifowania i to przy niższych kosztach narzędzia i większej wydajności produkcji.
STRUKTURA I WŁASNOŚCI: Ceramika tlenkowa umocniona whiskerami SiC :
Szczególnie dobre wyniki w badaniach nad rozwojem właściwości użytkowych ceramicznych materiałów narzędziowych uzyskano przez zastosowanie dodatku bardzo wytrzymałych whiskerów SiC do ceramiki Al2O3 najczęściej z domieszką ZrO2.
Wytwarzanie ceramiki narzędziowej umocnionej whiskerami (jako materiału kompozytowego) jest oparte na zmodyfikowanej technologii metalurgii proszków.
Umocnienie ceramiki w wyniku domieszki whiskerów następuje na skutek zmniejszania się rozprzestrzeniania pęknięć, co uzyskuje się przez :
rozwidlenie i zmianę kierunku ich
przebiegu oraz skierowanie pęknięć
wzdłuż granicy rozdziału faz
whisker/osnowa (rys. a),
mostkowanie (rys. b) lub wprowadzenie wstępnych naprężeń ściskanych.
Ponadto mała rozszerzalność cieplna i dobra przewodność cieplna whiskerów sprawiają, że ceramika umocniona whiskerami charakteryzuje się dużą odpornością na szoki termiczne.
Dzięki dużej twardości ceramiki Al2O3 umocnionej whiskerami, przy jednocześnie dobrej jej ciągliwości, charakteryzuje się ona znacznie lepszymi właściwościami skrawnymi od konwencjonalnej ceramiki tlenkowej Al2O3 (bez whiskerów). Przewaga ta została potwierdzona zarówno przy toczeniu stali węglowej konstrukcyjnej wyższej jakości, jak i szczególnie trudno skrawalnego żaroodpornego stopu niklu.
Z porównania właściwości skrawnych przy toczeniu wynika, że przy ponad czterokrotnie większej prędkości skrawania ceramiką umocnioną whiskerami uzyskano taki sam okres trwałości narzędzi, jak w przypadku drobnoziarnistych węglików spiekanych. Ponadto oprócz skróconych czasów wykonania wyrobów stwierdzono również lepszą jakość obrobionej powierzchni.
W celu uniknięcia nietypowego oddziaływania whiskerów w aspekcie zdrowotnym podjęto w końcu lat osiemdziesiątych próby zastąpienia ich monokystalicznymi płatkami. Ponadto, ograniczają stosowanie spiekania swobodnego. Wprowadzenie monokrystalicznych płatków zamiast whiskerów stwarza nadzieję na wytwarzanie ceramiki przez prasowanie na zimno oraz spiekanie swobodne z ewentualnym dogęszczaniem izostatycznym na gorąco. Dzięki temu będzie można uniknąć stosowania drogich metod wytwarzania tych materiałów przez jednoosiowe prasowanie na gorąco.
STRUKTURA I WŁASNOŚCI: Ceramika azotkowa Si3N4 :
Czysty azotek krzemu Si3N4 wykazuje w wielu rodzajach zastosowań, w szerokim zakresie temperatur, prawie idealne właściwości.
Silnie kowalencyjne wiązanie zapewnia mu:
dużą wytrzymałość,
dużą twardość i odporność na utlenianie,
dobrą przewodność cieplną,
odporność na szoki termiczne.
Te doskonałe właściwości, które zachowuje Si3N4 również w wysokich temperaturach, ulegają znacznemu ograniczeniu na skutek dodatków niezbędnych w procesie spiekania (tzw. zagęszczaczy) tego materiału
Dobre właściwości skrawne ceramiki azotkowej Si3N4 mogą być polepszone przez wprowadzenie dodatków ZrO2, TiN lub whiskerów SiC.
To korzystne oddziaływanie wymienionych dodatków polega na wzroście:
twardości,
ciągliwości,
odporności na zużycie.,
Obecność fazy szklistej oddziałuje niekorzystnie na właściwości ceramiki azotkowej w wysokiej temperaturze, zwłaszcza przy skrawaniu stali tworzącej wiór wstęgowy. Powstający w temperaturze powyżej 1470 K krzemek żelaza prowadzi do intensyfikacji zużycia chemicznego i w efekcie do szybkiego stępienia ostrza przy skrawaniu stali.
W przeciwieństwie do ceramiki tlenkowej Al2O3, w procesie wytwarzania ceramiki azotkowej Si3N4 są dodawane domieszki, najczęściej MgO lub Y2O3. Dodatki te, w połączeniu z warstewką tlenków SiO2 pokrywających cząstki Si3N4, prowadzą do utworzenia tzw. fazy szklistej. Faza ta ułatwia spiekanie przebiegające pod ciśnieniem zewnętrznym (prasowanie jednoosiowe lub pod ciśnieniem gazu metodą jednostopniową: spiekanie - HIP)
STRUKTURA I WŁASNOŚCI: Ceramika SiAlON-owa :
Sialon jako nowy rodzaj spiekanych materiałów skrawających, łączączy w sobie zalety tworzyw tlenkowych i beztlenkowych zawierających Si3N4.
Nazwa tego materiału pochodzi od pierwszych liter pierwiastków wchodzących w jego skład (silicon, aluminium, oxy-nitride).
Ze względów technologicznych korzystne jest wprowadzenie do spieku sialonu ၢ' dodatków innych tlenków, np. Y203, gdyż powoduje to:
zmniejszenie prężności par i decyduje o obniżeniu temperatury topnienia sialonu ၢ'.
umożliwia to spiekanie pod ciśnieniem, a nie na gorąco.
Z cieczy powstałej w przestrzeniach międzycząsteczkowych podczas zagęszczania sialonu ၢ' z dodatkiem Y2O3 w wysokiej temperaturze w czasie chłodzenia powstaje szkło. Powtórna obróbka cieplna takiego spieku w temperaturze 1400°C powoduje przebieg reakcji z osnową sialonu ၢ':
Si5AlON7 + Y-Si-Al-O-N Ⴎ Si5+xAl1-xN7+x + Y3Al5O12
sialon ၢ' szkło sialon ၢ' YAG
w wyniku której na granicach ziarn powstaje związek Y3Al5O,2 nazywany granatem itrowo-aluminiowym, w skrócie oznaczonym YAG (yttrium-aluminium-gar-net).
Występowanie tego związku bardzo efektywnie polepsza odporność sialonu ၢ' na utlenianie i odporność na pełzanie .
Narzędzia wykonane ze sialonu ၢ' z powodzeniem są stosowane do toczenia i frezowania stali i stopów trudno obrabialnych, m.in.:
żeliwa,
stali ulepszonej cieplnie,
stopów niklu,
stopów tytanu,
stopów aluminium,
stopów wysokożarowytrzymałych.
STRUKTURA I WŁASNOŚCI: Węgliki spiekane :
Węglikami spiekanymi są cermetale składające się z 70-96% węglików metali wysokotopliwych W, Ti, Ta lub innych pierwiastków oraz osnowy wiążącej, które stanowi zwykle Co, chociaż może być zastosowany Mo, Ni, a niekiedy nawet Fe.
Węgliki spiekane metali trudno topliwych, nazywane często spiekami, są produktem metalurgii proszków.
Podstawowym składnikiem spieków jest:
węglik wolframu (WC),
węglik tytanu (TiC),
w niektórych przypadkach także,
węglik tantalu (TaC) i węglik niobu (NbC).
Metalem wiążącym twarde węgliki jest zazwyczaj kobalt.
Ze względu na skład chemiczny węgliki spiekane, dzieli się na
następujące grupy:
Gatunki zawierające WC + Co służą do obróbki:
żeliwa,
metali nieżelaznych,
mas plastycznych,
materiałów ceramicznych,
węgla,
szkła.
Dodatek TaC, analogicznie jak TiC, powoduje:
zmniejszenie skłonności do erozji w wyniku przywierania wióra,
zwiększenie twardości w wysokich temperaturach,
zwiększenie wytrzymałości na zginanie.
Do obróbki skrawaniem stali stosuje się gatunki węglików spiekanych zawierające węglik tytanu. Dodatek węglika tytanu zmniejsza około 20-krotnie skłonność węglików spiekanych do zgrzewania się z obrabianym materiałem. Powoduje on jednak równocześnie pogorszenie własności wytrzymałościowych, z tego względu węgliki spiekane zawierające dodatki węglika tytanu stosuje się do obróbki metali, a głównie stali.
STRUKTURA I WŁASNOŚCI: Cermetale :
Cermet (cermetal) jest materiałem spiekanym złożonym z dwóch typów składników:
jeden ceramiczny ma bardzo wysoką twardość, jest żaroodporny, może być również odporny na korozję,
drugi o charakterze metalicznym (metal lub stop) jest spoiwem
Charakterystyczną cechą cermetali jest ich mała gęstość (najczęściej 6-7,5 g/cm3), która wynika z małej gęstości głównych składników, tj. TiC i TiN. Na uwagę zasługuje również duża wytrzymałość na zginanie, co świadczy o dużej ciągliwości cermetali. Dużą przewagę nad konwencjonalnymi węglikami spiekanymi wykazują cermetale w odporności na utlenianie w podwyższonych temperaturach. Stopień utlenienia po 10 godzinach wyżarzania w temperaturach 973 i 1273 K w atmosferze powietrza, jest wielokrotnie niższy od stopnia utleniania konwencjonalnych węglików spiekanych typu WC+(Ti,Ta,Nb)C+Co.
Dla polepszenia własności wytrzymałościowych, które w przypadku spieków ceramicznych są bardzo niskie, obserwuje się tendencje stosowania takich składników: wolfram,
molibden,
bor,
tytan,
które przy nieznacznym obniżeniu odporności na ścieranie zmniejszają kruchość spieku.
Lepsze właściwości skrawne cermetali od konwencjonalnych, a nawet pokrywanych węglików spiekanych, stwierdzono w operacjach toczenia. Właściwości te wynikają przede wszystkim z zachowania przez nie dużej odporności na zużycie w wysokich temperaturach skrawania, co jest efektem wielokomponentowej mikrostruktury oraz osnowy wiążącej Ni-Co, która, w odróżnieniu od kobaltowej osnowy węglików spiekanych - jest silnie nasycona składnikami stopowymi.
Współczesne cermetale charakteryzują się:
małą gęstością,
dużą twardością i odpornością na zużycie,
wystarczająco dużą odpornością na pękanie,
dużą stabilnością krawędzi skrawających,
małą skłonnością do sczepiania się ze spływającym po powierzchni
natarcia wiórem,
dużą odpornością chemiczną,
dobrą jakością powierzchni obrobionych części.
Do wad tych materiałów należy przede wszystkim ograniczona wrażliwość na szoki termiczne.
Zastosowanie ceramiki narzędziowej oraz węglików spiekanych
i cermetali:
Ceramika narzędziowa jest stosowana głównie do toczenia
i frezowania takich materiałów jak:
odlewnicze stopy żelaza,
stali ulepszonych cieplnie itp.
Cermetale stosuje się do toczenia i frezowania m.in.:
stopów żelaza,
żeliwa,
stali austenitycznych, nierdzewnych i konstrukcyjnych.
Węgliki spiekane najczęściej stosowane są do obróbki:
żeliwa i metali nieżelaznych,
mas plastycznych,
materiałów ceramicznych,
węgla i szkła.
Ze względu na niski współczynnik tarcia oraz odporność na zużycie nietlenkowe materiały ceramiczne są stosowane na:
łożyska pracujące w różnych środowiskach,
końcówki urządzeń do cięcia strumieniem wodnym,
wysokowydajne narzędzia skrawające,
na pojemniki do przechowywania materiałów aktywnych chemicznie, szczególnie w wysokiej temperaturze
przewodniki oraz powierzchnie w środowisku
ściernym i korozyjnym,
nieiskrzące młotki w środowiskach łatwopalnych,
różne narzędzia i matryce,
jako materiał biomedyczny (endoprotezy),
a nawet na guziki odporne na działanie
agresywnych środków piorących.
podłoża w elektronice,
świece zapłonowe,
przewodniki i izolatory ognioodporne,
łożyska,
zbiorniki chemiczne,
zawory wodne,
emitery lamp próżniowych
Narzędzia wykonane ze sialonu ၢ' z powodzeniem są stosowane do toczenia i frezowania stali i stopów trudno obrabialnych, m.in. żeliwa, stali ulepszonej cieplnie, stopów niklu, tytanu i aluminium oraz stopów wysokożarowytrzymałych.
Si3N4 stosowana jest w:
samolotach oraz turbinach i silnikach rakietowych,
w przemyśle samochodowym na gniazda i główki zaworów,
rotory turbosprężarek oraz komory spalania.
PORÓWNANIE STRUKTUR I WŁASNOŚCI NOWOCZESNYCH MATERIAŁÓW NARZĘDZIOWYCH CERAMICZNYCH:
Ceramika tlenkowa Al2O3
Do najbardziej znanej oraz najstarszej grupy ceramicznych materiałów narzędziowych należy ceramika tlenkowa (tzw. ceramika biała). Głównym składnikiem tego materiału jest chemicznie i cieplnie stabilny tlenek aluminium Al2O3, który wykazuje dużą twardość i odporność na ściskanie. Przez dozowanie dodatku ZrO2 można otrzymać ceramikę tlenkową
o polepszonej o około 40% odporności na pękanie i wytrzymałości na zginanie, przy zachowaniu dużej odporności na zużycie ścierne.
Ceramika mieszana
Na dzień dzisiejszy najczęściej stosuje się materiały ceramiczne narzędziowe na bazie Al2O3. Stosując dodatki takie jak TiC lub TiN otrzymuje się tzw. ceramikę mieszaną o kolorze czarnym. Badania obecnie koncentrują się na zastosowaniu dodatków jednej lub kilku faz wzmacniających TiC, TiN, TiB2, (W,Ti)C, Ti(C,N), ZrO2, SiCp, SiCw itp. do osnowy Al2O3. W celu poprawienia własności ceramiki stosuje się whiskery SiC oraz ZrO2. Przeciwwskazaniem do szerokiego zastosowania jest ich wysoki koszt produkcji oraz słabe własności mechaniczne w wysokiej temperaturze. Rozwiązaniem jest zastosowanie ceramiki Al2O3 /TiC.
Ceramika wzmocniona whiskerami SiC
Wrodzoną cechą ceramiki tlenkowej jest kruchość oraz podatność na powstawanie skaz. Jest to główna przeszkoda w szerokim zastosowaniu w inżynierii. Poprawę własności ceramiki tlenkowej można jednak uzyskać dzięki zastosowaniu niezwykle wytrzymałych włókien z węglika krzemu (whiskerów SiC) o średnicy 0,1 -1 µm i długości 5 -50 µm. Wzmocnienie tej ceramiki whiskerami uważane jest jako najlepsza z metod poprawienia zmęczeniowej odporności materiału na pękanie, wytrzymałości oraz odporności na kruche pękanie.
Regularny azotek boru CBN
Regularny azotek boru twardością ustępuje jedynie diamentowi. Charakteryzuje się dużą odpornością na wysokie temperatury, ma dobrą przewodność cieplną. Narzędzia z CBN stosowane są do skrawania twardych stali jak również twardych żeliw. Skrawność przy obróbce twardych zahartowanych stali jest większa niż innych materiałów narzędziowych, co umożliwia zastosowanie azotku boru do szlifowania trudno obrabialnych stopów.
Diament
Najtwardszym materiałem narzędziowym jest obecnie diament. Jest chemicznie obojętny, charakteryzuje się najlepszym przewodnictwem cieplnym ze wszystkich materiałów, w temperaturze pokojowej 6 razy większe od miedzi. Przy bardzo dużej twardości diament jest również bardzo odporny na ścieranie i erozję. Jednakże nie nadaje się do skrawania stali i niklu ze względu na reaktywność z żelazem i niklem w podwyższonej temperaturze, która prowadzi do dyfuzji węgla i jego grafityzacji.
Procesy zużywania narzędzia to przede wszystkim zużycie przez ścieranie, zużycie adhezyjne oraz pęknięcia wywołane szokiem termicznym