随着微／纳米科学与技术的发展,以形状与尺寸微小为特征的微机械已成为微观领域中的一种高新装备,其在航天、精密仪器、生物医疗等领域有着广泛的应用前景。微细加工技术促进了微机械技术的发展,目前微细加工技术主要有LIGA、聚焦离子束、微电火花和微细切削等加工方法。微细铣削技术属于微细切削加工方法的一种,其具有三维加工能力强、加工效率高、加工成本低和应用对象范围广的特点。目前用于制造微细铣刀的材质主要有硬质合金和金刚石,尚无采用陶瓷材质制造微细铣刀的研究报道。硬质合金微铣刀硬度偏低、耐磨性偏差、尺寸精度保持性弱；PCD微铣刀可制造性能偏差；相比之下,金属陶瓷在尺寸精度保持性和可制造性优于前两者,如能研制陶瓷微细铣刀,则能解决难加工微型零件的制造难题,同时填补其在微细刀具研究领域的空白。由此,本研究开展了金属陶瓷材质微细铣刀的设计与制造技术研究,并成功研制出直径为￠0.5～￠1.0 mm的金属陶瓷微细铣刀(规则刃形系列和螺旋刃形系列),并用于硬铝微槽加工,获得了良好的加工效果。本课题开展了如下研究：从宏观和微观两方面开展了金属陶瓷材料具备制作刀具,尤其是微细铣刀的可行性研究。研究了三种Ti(C7N3)基金属陶瓷连续湿式切削加工模具钢、不锈钢和哈氏合金的切削性能,优选出最佳适合作为刀具材料的Ti(C7N3)/TaC/WC金属陶瓷,并选用该种金属陶瓷作为制造加工微细铣刀的材质。研究Ti(C7N3)/TaC/WC金属陶瓷材料的微冲击性能、裂纹扩展和显微硬度,结果表明：Ti(C7N3)/TaC/WC金属陶瓷材料的裂纹扩展系数N、R分别为36、131805。通过纳米压痕法分析金属陶瓷材料的显微硬度,压力为1 N时,金属陶瓷材料硬度为29 GPa,且金属陶瓷材料的显微硬度随着压痕加载力的增大而减小。通过建立微细铣刀刀尖变形的数学模型,优选微细铣刀各个部分的比值使得微细铣刀整体变形较小。基于有限元分析方法,观察金属陶瓷微细铣刀的不同刀尖几何结构的应力应变。利用热压烧结、精密磨削和慢走丝线电火花切割技术开展了规则刃形金属陶瓷微细铣刀制造技术研究,成功制造出直径为01.0 mm和￠0.5 mm,刀尖几何结构为三棱柱、四棱柱、五棱柱和六棱柱的微细铣刀。通过热压烧结、无心磨削和精密磨削技术,开展了螺旋刃形金属陶瓷微细铣刀制造技术的研究,成功制造出直径为φ1.0 mm、φ0.8 mm和00.5 mm的螺旋刃形金属陶瓷微细铣刀,利用最小二乘法方法拟合出三种不同直径大小的金属陶瓷微细铣刀,对应的切削刃圆弧半径分别为4.125μm、4.319μm和3.89 μm。研究了金属陶瓷微细铣刀切削加工LY12时的切削性能。结果表明,直径为￠1.0 mm的规则刃形金属陶瓷微细铣刀在切削加工时,刀尖与工件存在严重的挤压现象,工件已加工表面质量较差；直径为￠0.5 mm的规则刃形金属陶瓷微细铣刀切削加工LY12时,加工效果优于直径为￠1.0 mm的微细铣刀,在切削参量为n=20000 r/min,ap=2μm,f=4μm/z时,工件已加工表面粗糙度为0.92μm。利用单因素试验法,优化出直径为￠1.0 mm螺旋刃形金属陶瓷微细铣刀切削加工LY12时的切削参数,最优切削用量为n=30000 r/min,ap=100μm,f=2μm/z,在此切削用量下切削加工50 min后,金属陶瓷微细铣刀直径磨损量为3.13%,已加工工件表面粗糙度为440 nm。对比研究了金属陶瓷微细铣刀和硬质合金微细铣刀的切削性能,研究发现硬质合金微细铣刀在此切削用量下,刀尖产生了严重的断裂现象。研究了金属陶瓷微细铣刀切削加工LY12的失效形式和失效机理,结果表明,直径为01.0 mm和00.8 mm的微细铣刀主要失效形式是刀尖的微崩刃、刀尖的粘结磨损；直径为00.5 mm的微细铣刀刀尖在疲劳载荷不断作用下,由于螺旋刃根部在磨削加工时产生较大应力集中,在切削12 min后螺旋刃根部断裂失效。