一、概述
工具材料在人類文明史上起過重大作用，在以後的科學技術進步中仍有重要作用。人類的文明史是按照人類使用的工具材料來劃分的。在中國原始社會前期，大約四五十萬年前，北京入把石頭砸打成粗鏈的石器，用這些石器獵取動物和植物果實為生。這個時期稱為“舊石器時代”。在原始社會的後期，大約六七千年前，半坡氏族人用磨製的石器作為勞動工具，稱為“新石器時代”，以後又經曆了奴隸社會初期夏、商朝的“青銅時代”和奴隸社會後期春秋時期的“鐵器時代”。每一種新工具材料的出現都標誌著人類生產力水平的一次飛躍。
本世紀20年代，硬質合金的出現，使金屬切削技術前進了一大步。
在當代的新技術革命中，出現了以複合材料、新陶瓷為代表的新結構材料和以金剛、立方氧化硼為代表的新工具材料。結構材料和工具材料的發展曆來是相互依存、相互促進的。氧化矽、碳化矽等新結構陶瓷本身就是高硬度的工具材料，能夠加工它們的工具材料隻能是超硬材料金剛石。碳纖維、硼纖維複合材料都是加工材料，都需要使用超硬材料工具進行加工。
切削加工技術的發展要求更高的生產效率和更低的加工成本。這就要求更高的切削速度。切削速度的不斷提高，對工具材料提出越來越高的要求，要求工具材料具有更高的硬度、耐磨性和強度。表示了工具材料出現的年代和切削速度的提高。
工具材料可分為金屬（工具鋼、高速鋼）、金屬陶瓷（硬質合金）和陶瓷三大類。合金是典型的金屬陶瓷，在一些陶瓷教科書和專著中，也被列入陶瓷中。超硬陶瓷金剛石、立方氧化硼的合成和燒結工藝略區別於氧化物、氧化物等陶瓷、需要使用高壓技術。
工具陶瓷的一個重要應用領域是切削刀具。切削刀具在高速切除金屬的過程中，大部分機械能轉變為熱能。在切屑與刀具的界麵上的平均溫度為500~850度，最高溫度達110度。在實際操作中的溫度線取決於刀具和工件的性能，刀具的幾何角度和切削參數。刀真的局部承受很高的應力和溫度，並同時發生幾種磨損過程。刀具的磨損可分為機械磨損和化學磨損。
機械磨損是主切削後刀麵磨損的主要原因。機械磨損機製包括塑性形變和磨料磨損。對於工具鋼和硬質合金刀具，切削的塑性變形導致切削力增大和溫度的提高，加速了磨損速度。塑性變形是這類刀具的主要機械磨損機製。陶瓷刀具的主要機械磨損模式不是塑性變形，而是磨料磨損。刀具的磨料磨損是由於工件和切屑內的硬質點或表麵凸部劃傷刀具表麵而造成的磨損。
根據實驗，陶瓷刀具材料的抗磨料磨損性能正比於硬質合金刀具的抗磨料磨損性能也正比於工具材料的斷裂韌性與硬度的乘積，隻是其指數略有差別，斷裂韌性的貢獻略小。
在溫度高、應力高的切削刀具與切屑的界麵上，發生的化學反應也導致工具的磨損。在許多情況下，化學磨損導致刀具前刀麵上月牙窪的形成或前刀麵的凹陷，化學磨摜包括粘結磨損和擴散磨損。在金屬切屑與刀具的接觸處，由於溫度和接觸壓力的作用可能產生焊合粘結。隨著切肩的流出，粘結部分被撕裂而帶走，至使刀具表麵發生磨損，即粘結磨損。在高溫作用下，工件材料與刀具材料的成分在接觸部位相互擴散，導致刀具的磨損。稱為擴散磨損。此外，刀具材料、切屑與氣氛之間的反應也導致工具磨損。陶瓷材料具有較好的化學惰性和抗氧化性，因此，抗化學磨損性能較好。
韌性較差的陶瓷刀具，除了正常磨損之外，還存在非正常磨損即破損。為了避免破損崩刃，應選擇合理的刀具幾何參數、切削用量和合適的車床。
二、硬質合金
概述
硬質合金又稱粘結碳化物如，由金屬粘結相和碳化物硬相組成。它綜合了碳化物相的高硬度、耐磨性和金屬粘結相的抗機械衝擊性和抗熱衝擊性能。良好的綜合性能使它得到廣泛應用。
1923年，德國第一次用粉末冶金法製備質合金。最早的硬質合金是為製造電燈泡鎢絲的拉絲模而研製的。合金的硬度、耐磨性和高溫硬度比當時主要的切削工具材料高速鋼好得多，因此，很快應用於切削加工。至今，合金仍然是最重要的一類硬質合金，按國際標準組織的分類，屬X類，在我國稱為鎢鈷合金。—合金在加工鋼材時容易產生月牙磨損，即切屑與刀具表麵在切削溫度下相互擴散反應而在刀具刀而造成的磨損。為了克服這種缺點，30年代初在德國研製了添加的合金，發展成為切削鋼材用的呢。按國際標準組織的分類，這類合金屬15類，在我國稱為鎢鈦合金，1931年出現於美國。
這類合金既可以加工鋼材，又可以切削鑄鐵，按國際標準組織，同我國的類合金相當。
它是介於普通硬質合金和工具鋼之間的一類工具材料。硬質合金分為工係列和界係列。鋼結基合金的研製，最初也是出自用作渦輪葉片的意圖。最早采用工藝，將耐熱鎳基合金熔化後浸潰多孔的骨架。以後又采用混料壓製燒結工藝。硬質合金的粘結相成分有工具鋼、高速鋼、不鏽鋼和高錳鋼等。60年代未出現了超細硬質合金和塗層硬質合金。超細硬質合金是指晶粒小於1微米的合金，其硬度和強度都高。塗層硬質合金是用氣相沉積等方法在硬質合金表麵塗上幾微米厚的耐磨層。現在已發展為多層塗層硬質合金。估計塗層合金已占硬質合金切削工具的40%。此外，耐腐蝕的碳化合金也得到發展。
我國的硬質合金工業基本上是在解放後發展起來的。現在已能生產各類硬質合金，產量在世界上名列前茅。但是，質量同國外優質產品比較仍有差距。最近幾年，引進的先進技術有助於發揮我國鎢資源的優勢，使產品打入國際市場。硬質合金的生產流程。
碳化鎢和通常在有硬質合金內襯的球磨筒內球磨，采用硬質合金球，酒精或丙酮作介質。近年來，發展了攪拌球磨、高能振動球磨等高效研磨設備。
噴霧幹燥是近年發展的幹燥方法。將粉末混合料和石蠟成型劑料漿噴射到幹燥塔內，使之霧化，並在下落過程中被熱氮氣流幹燥。所製得的球形混合料團粒，流動性好，可直接在自動壓機上模壓。
模壓是主要成型方法。異形製品則采用擠壓、增塑毛坯加工法（預燒後浸石蠟增塑，機加工）來製備。熱壓和熱等靜法可製備高質量的大型製品。最近，也采用氣壓燒結。