金属陶瓷 要点.ppt

* 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氧化物细粉制得 ，又称弥散增强材料 。主要有烧结铝(铝-氧化铝) 、烧结铍（铍-氧化铍）、TD镍（镍-氧化钍）等，金属相主要是过渡元素(铁、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，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） 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件下将液态金属渗入多孔预制件。 ①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、铬或钴复合而成，具有耐高温、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属切削刀具。 ②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 、高温轴承、密封环、捡丝模套及透平叶片。 ③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蠕变性，应用较少。 ④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、硼化铪等为基体，与部分金属材料复合而成。 ⑤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、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。 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、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普通硬质合金。 航天航空工业方面的应用 从20世纪50年代开始，人们就开始了TiC-Ni系金属陶瓷在喷气发动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TiC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。TiC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，有TiC和金属铜组成的TiC/Cu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。 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-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。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。 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TiC高锰钢结硬质合金镶铸或焊接在耐磨构件的工作面上，其使用寿命较工业高锰钢同类产品提高5~10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