金属陶瓷 (2)

1、金属陶瓷化学1101吴晓烽目录概念优点结构和性能制备类型应用概念：一种由金属或合金同一种或几种陶瓷相组成的非均质复合材料,其中后者约占15%85%,同时,在制备温度下,金属和陶瓷相间溶解度是很小的(1) 金属或合金+1种以上陶瓷。(2)非均质复合材料。(3)陶瓷占15%85%。(4) 制备温度下，两相间的溶解度很小金属陶瓷高强度化学稳定性可塑性金属韧性抗氧化耐高温高硬度耐磨损TiC碳化钛Co/Ni钴/镍Mo2C/WC碳化钼/碳化钨硬度耐磨性烧结性热冲击硬度TiN/Ti(C,N)氮化钛/碳氮化钛(Ta, Nb)C碳化钽铌金属陶瓷金属基金属陶瓷是在金属基体中加入金属基金属陶瓷是在金属基体中加入氧化

2、物细粉制得氧化物细粉制得 ，又称弥散增强材，又称弥散增强材料料 。主要有烧结铝。主要有烧结铝(铝铝-氧化铝氧化铝) 、烧、烧结铍（铍结铍（铍-氧化铍）、氧化铍）、TD镍（镍镍（镍-氧化氧化钍）等，金属相主要是过渡元素钍）等，金属相主要是过渡元素(铁、铁、钴、镍、铬、钨、钼等）及其合金。钴、镍、铬、钨、钼等）及其合金。制备工艺粉末冶金法叠层复合法浸渗法熔体搅拌法金属陶瓷共沉积法粉末冶金法：把陶瓷增强体粉末与金属粉末充分混合均匀以后进行粉末冶金法：把陶瓷增强体粉末与金属粉末充分混合均匀以后进行冷压烧结，热压烧结或者热等静压。（对于一些易于氧化的金属，冷压烧结，热压烧结或者热等静压。（对于一些易于氧

3、化的金属，烧结时通入惰性保护气体进行气氛烧结）烧结时通入惰性保护气体进行气氛烧结）熔体搅拌法：将制备好的陶瓷增强体颗粒或晶须逐步混合入机械或熔体搅拌法：将制备好的陶瓷增强体颗粒或晶须逐步混合入机械或电磁搅拌的液态或半固态金属熔体中冷却形成胚锭的过程。（制备电磁搅拌的液态或半固态金属熔体中冷却形成胚锭的过程。（制备过程对对设备的要求较低，生产制备工艺相对简单）过程对对设备的要求较低，生产制备工艺相对简单）金属陶瓷共沉积法：将液态金属通过氩气等惰性气体雾化成金属金属陶瓷共沉积法：将液态金属通过氩气等惰性气体雾化成金属液滴，金属液滴在喷射途中与增强体陶瓷颗粒碰撞回合，共同沉液滴，金属液滴在喷射途中与

4、增强体陶瓷颗粒碰撞回合，共同沉积于水冷衬底上复合形成金属基陶瓷复合材料。积于水冷衬底上复合形成金属基陶瓷复合材料。叠层复合法：先将不同金属板用扩散方法结合，然后用离子溅叠层复合法：先将不同金属板用扩散方法结合，然后用离子溅射或分子束外延将金属层陶瓷层叠合成复合材料。射或分子束外延将金属层陶瓷层叠合成复合材料。浸渗法：把增强体做成多孔预制件，然后在压力或者无压的条浸渗法：把增强体做成多孔预制件，然后在压力或者无压的条件下将液态金属渗入多孔预制件。件下将液态金属渗入多孔预制件。氧化物基金属陶瓷。以氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化物基金属陶瓷。以氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化铍等为基体，与金属钨、铬或钴复

5、合而成，具氧化铍等为基体，与金属钨、铬或钴复合而成，具有耐高温、抗化学腐蚀、导热性好、机械强度高等有耐高温、抗化学腐蚀、导热性好、机械强度高等特点，可用作导弹喷管衬套、熔炼金属的坩埚和金特点，可用作导弹喷管衬套、熔炼金属的坩埚和金属切削刀具。属切削刀具。碳化物基金属陶瓷。以碳化钛、碳化硅、碳化钨碳化物基金属陶瓷。以碳化钛、碳化硅、碳化钨等为基体，与金属钴、镍、铬、钨、钼等金属复合等为基体，与金属钴、镍、铬、钨、钼等金属复合而成，具有高硬度、高耐磨性、耐高温等特点，用而成，具有高硬度、高耐磨性、耐高温等特点，用于制造切削刀具于制造切削刀具 、高温轴承、密封环、捡丝模套及、高温轴承、密封环、捡丝模

6、套及透平叶片。透平叶片。氮化物基金属陶瓷。以氮化钛、氮化硼、氮化硅和氮化物基金属陶瓷。以氮化钛、氮化硼、氮化硅和氮化钽为基体，具有超硬性、抗热振性和良好的高温氮化钽为基体，具有超硬性、抗热振性和良好的高温蠕变性，应用较少。蠕变性，应用较少。硼化物基金属陶瓷。以硼化钛、硼化钽、硼化钒、硼化物基金属陶瓷。以硼化钛、硼化钽、硼化钒、硼化铬、硼化锆、硼化钨、硼化钼、硼化铌、硼化铪硼化铬、硼化锆、硼化钨、硼化钼、硼化铌、硼化铪等为基体，与部分金属材料复合而成。等为基体，与部分金属材料复合而成。硅化物基金属陶瓷。以硅化锰、硅化铁、硅化钴、硅化物基金属陶瓷。以硅化锰、硅化铁、硅化钴、硅化镍、硅化钛、硅化锆、

7、硅化铌、硅化钒、硅化铌、硅化镍、硅化钛、硅化锆、硅化铌、硅化钒、硅化铌、硅化钽、硅化钼、硅化钨、硅化钡等为基体，与部分硅化钽、硅化钼、硅化钨、硅化钡等为基体，与部分或微量金属材料复合而成。其中硅化钼金属陶瓷在工或微量金属材料复合而成。其中硅化钼金属陶瓷在工业中得到广泛地应用。业中得到广泛地应用。切削加工领域的应用金属陶瓷刀具都具有高的硬度、红硬性和耐磨性、金属陶瓷刀具都具有高的硬度、红硬性和耐磨性、在高速切削和干切削时表现出优异的切削性能。在高速切削和干切削时表现出优异的切削性能。新型碳化钛基金属陶瓷是近年来发展较快的一种新型碳化钛基金属陶瓷是近年来发展较快的一种刀具材料，其综合机械性能高，在

8、相同的切削条刀具材料，其综合机械性能高，在相同的切削条件下，碳化钛基金属陶瓷刀具的耐磨性远远高于件下，碳化钛基金属陶瓷刀具的耐磨性远远高于普通硬质合金。普通硬质合金。航天航空工业方面的应用从从20世纪世纪50年代开始，人们就开始了年代开始，人们就开始了TiC-Ni系金属陶瓷在喷气发动系金属陶瓷在喷气发动机的叶片用高温材料的研究，发现机的叶片用高温材料的研究，发现TiC-Ni系金属陶瓷具有优良的高系金属陶瓷具有优良的高温力学性能和比重低的特点。但是，在烧结时由于镍不能完全润湿温力学性能和比重低的特点。但是，在烧结时由于镍不能完全润湿TiC，发生，发生TiC颗粒聚集长大，导致材料的韧性很差，结果未

9、达到作颗粒聚集长大，导致材料的韧性很差，结果未达到作耐热材料使用的目的。耐热材料使用的目的。TiC本身具有高硬度、高熔点、低比重、好本身具有高硬度、高熔点、低比重、好的热稳定性，而金属铜具有优异的导电、导热性能和良好的塑性，的热稳定性，而金属铜具有优异的导电、导热性能和良好的塑性，有有TiC和金属铜组成的和金属铜组成的TiC/Cu复合材料综合了两者的有异性，具有复合材料综合了两者的有异性，具有作为导电、导热材料、耐磨材料及火箭喉衬用材料的应用价值。作为导电、导热材料、耐磨材料及火箭喉衬用材料的应用价值。铁铁-镍作为粘结相的碳化钛复合材料由于受到高温脆性的限制，而镍作为粘结相的碳化钛复合材料由于

10、受到高温脆性的限制，而使其在航空方面的应用受到了很大的限制，而研究发现铁使其在航空方面的应用受到了很大的限制，而研究发现铁-硅、铁硅、铁-铝作为粘结相的碳化钛复合材料的高温性能大大优于铁铝作为粘结相的碳化钛复合材料的高温性能大大优于铁-镍，大大镍，大大提升了碳化钛材料在航空方面的应用实力提升了碳化钛材料在航空方面的应用实力。其他方面的应用内衬金属陶瓷复合管具有比内衬陶瓷复合管更优异的性能。内衬金属陶瓷复合管具有比内衬陶瓷复合管更优异的性能。用自蔓延高温合成法离心铸造合成内衬陶瓷，可以作为抗腐用自蔓延高温合成法离心铸造合成内衬陶瓷，可以作为抗腐蚀管道用于石油或化工产物、半产物的运输，也可作为抗磨

11、蚀管道用于石油或化工产物、半产物的运输，也可作为抗磨管道用于矿山，选矿厂作矿浆运输管道，还可用于多泥砂水管道用于矿山，选矿厂作矿浆运输管道，还可用于多泥砂水的输水管道。的输水管道。建材工业和采矿工业的大型粉碎机锤头、大桥桥梁基础设施建材工业和采矿工业的大型粉碎机锤头、大桥桥梁基础设施钻井钻头都需要高强度和高硬度的材料，把钻井钻头都需要高强度和高硬度的材料，把TiC高锰钢结硬高锰钢结硬质合金镶铸或焊接在耐磨构件的工作面上，其使用寿命较工质合金镶铸或焊接在耐磨构件的工作面上，其使用寿命较工业高锰钢同类产品提高业高锰钢同类产品提高510倍。倍。（1）新材料的研究与开发 硬质相正在向多样化方向发展，致

12、力于开发新型硬质相和复合硬质相 作为粘结相的金属或者合金的种类不断的增多以资源丰富的金属代替资源短缺的金属 相成分范围不断地饿拓宽硬质相和粘结相的含量不断突破以前的研究范围（2）超细晶粒和纳米级金属陶瓷 超细晶粒和纳米级金属陶瓷比常规金属陶瓷具有更高的强韧性、硬度、耐磨性等综合性能（3）梯度金属陶瓷应用及开发 它是一种由于组织连续变化引起性能缓变的功能复合材料。该种材料可以应用与航天飞机的热防护材料，核反应堆的内壁材料，汽车发动机的燃烧室材料和梯度刀片材料等。（4）金属陶瓷回收再利用问题。受环境保护和资源利用意识的影响，金属陶瓷的回收再利用的研究在不断地扩大和深入，但也存在一些问题，如有些国家

13、利用回收再生料制造的金属陶瓷产品质量低劣，所以采用现代化技术和大规模生产模式实现资源的充分利用和经济效益的统一，已经成为金属陶瓷发展中不可忽略的问题。参考文献：参考文献： 1曾爱香曾爱香,唐绍裘唐绍裘.金属基陶瓷涂层的制备、应用及发金属基陶瓷涂层的制备、应用及发展展J.陶瓷陶瓷 研究研究,1998,13(4):7-10. 2唐绍裘唐绍裘.高性能陶瓷涂层材料、技术及应用市场高性能陶瓷涂层材料、技术及应用市场J.表面技表面技 术术,2002,31(2):46-47. 3刘福田刘福田,李兆前李兆前,黄传真黄传真,等等.三元硼化物基金属陶瓷覆层材料三元硼化物基金属陶瓷覆层材料 及其及其性能的研究性能的研究J.机械工程材料机械工程材料,2003,27(7):30-34. 4李志李志,曲敬信曲敬信,吴仲行吴仲行,等等.真空熔结镍基合金涂层的组织结构真空熔结镍基合金涂层的组织结构 及其及其高温磨损特性高温磨损特性J.材料工程材料工程,2000,1:7-12. 5林化春林化春,丁润刚丁润刚.镍基合金镍基合金-碳化铬复合涂层材料的研究碳化铬复合涂层材料的研究J.机机 械工械工程材料程材料,1995,19(6):47-49. 6赵正赵正,刘福田刘福田,张英才张英才,李文虎李文虎.真空液相烧结法制备三元硼化真空液相烧结法制备三元硼化 物硬物硬质合金覆层材料质合金覆