近日，机械工程学部先进刀具高效加工技术与智能装备团队衣明东/许崇海课题组将高熵材料引入陶瓷刀具的研究体系中，取得了系列研究进展。相关成果先后发表在陶瓷领域国际著名期刊《Journal of the European Ceramic Society》（JECS）和《Journal of the American Ceramic Society》（JACS）。两项研究是从高熵陶瓷刀具材料的组分设计、制备工艺到切削性能验证的系统工作，不仅为开发下一代高性能、长寿命切削刀具提供了新的材料体系与理论依据，也展现了高熵陶瓷刀具材料在严苛加工环境中的巨大应用潜力。
研究成果一是高熵碳化物陶瓷刀具研究。以五种不同的碳化物粉末为原料，通过放电等离子体耦合高频感应烧结形成了具有面心立方（FCC）结构的(W,Nb,Mo,Ta,Ti)C固溶体，制备了具有优异硬度和断裂韧性的高熵碳化物陶瓷（HEC）刀具。在1550℃烧结温度下，HEC刀具材料的力学性能最佳，硬度和断裂韧性分别达到22.51±0.11 GPa和6.19±0.21 MPa·m1/2。干切削试验结果表明，高熵固溶体的形成改善了刀具前刀面平均摩擦系数和工件表面粗糙度，延长了刀具寿命。
图1 (W,Nb,Mo,Ta,Ti)C高熵碳化物的形成机理及其对切削性能的影响
研究成果二是高熵合金增强Ti(C,N)金属陶瓷的研究。以五种金属粉末作为Ti(C,N)金属陶瓷的粘结相，经分散、球磨和烧结，形成了Ti(C,N)-(Ti,Mo)(C,N)多元固溶体的核-壳微观结构，制备了NiMoCoAlTi高熵合金增强Ti(C,N)基金属陶瓷刀具(HEA-Ti(C,N))。高熵合金与陶瓷相之间产生了晶界锚定效应，增强了界面结合力，有效改善了抗弯强度和断裂韧性，分别达到1653±47 MPa和13.78±0.40 MPa⋅m1/2。干切削试验结果表明，相较于Ti(C,N)金属陶瓷刀具，HEA-Ti(C,N)刀具的切削寿命提高了43.2％，表面粗糙度低至1μm左右。
图2 NiMoCoAlTi增强Ti(C,N)金属陶瓷的界面结合机理分析
JECS与JACS 作为全球陶瓷学科最具影响力的权威期刊，始终引领陶瓷材料研究的发展方向。团队在两刊连续发表研究工作，既体现了陶瓷刀具相关研究工作处于领域前沿，也彰显了团队在该领域的国际学术影响力。
相关研究得到了国家自然科学基金、泰山学者人才专项、济南市科研带头人工作室、齐鲁工业大学（山东省科学院）科教产融合创新试点工程项目和学科交叉融合创新引导项目等的支持。
先进刀具高效加工与智能装备研究团队在许崇海教授的带领下，依托山东省数控机床关键功能部件重点实验室等科研平台，长期致力于陶瓷刀具及高效加工技术、工业母机、智能装备等相关领域研究，先后承担国家自然科学基金、工信部重大专项等国家、省部级科研项目50余项，发表SCI/EI收录论文240余篇，授权发明专利60余件，获得教育部自然科学二等奖等科技奖励10余项。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2025.117981；
https://doi.org/10.1111/jace.70423。
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