金属材料和陶瓷材料

《金属材料和陶瓷材料》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、金属陶瓷材料金属材料和陶瓷材料是我们在航空航天、船舶、汽车、日用等行业十分常见的材料，已经融入到我们的方方面面。金属陶瓷作为金属材料和陶瓷材料研发的一种新型复合材料，兼具金属和陶瓷材料的某些优点，受到科研工作者的广泛关注，是材料领域的研究重点之一。近年来，金属陶瓷的研究成果越来越多，新品种不断出现，理论体系也日趋成熟。图1金属陶瓷航空铝材质手机外壳一、金属陶瓷简介金属陶瓷，是一种由金属或合金和一种或几种陶瓷相所组成的非均质的复合材料，其中后者约占15%〜85vol%,当陶瓷含量高于50vol%时，亦可称为陶瓷-金属复合材料。金属陶瓷(Cer

2、met/Ceramet)是由陶瓷(Ceramics)中的词头Cer/Cera与金属(Metal)中的词头Met结合起来构成。金属陶瓷的理想结构是弥散且均匀分布的陶瓷颗粒表面被连续薄膜形态的金属相包裹，其中陶瓷相承受机械应力和热应力，通过连续的金属相分散，金属相因呈薄膜状包裹再陶瓷颗粒表面而得到强化，故金属陶瓷作为介于高温合金和陶瓷材料之间的一种高温材料，具有兼顾金属的高韧性、可塑性和陶瓷的高熔点、耐腐蚀和耐磨损等性咼遷创PCD/CBN化学稳定性图2常见材料化学稳定性与抗热冲击性汇总杨氏模量(E)■断裂强度(心)热膨账藏(“対20015010

3、0"OrE.EdH)二M23.杨氏模量—图3陶瓷材料和金属材料杨氏模量及断裂强度对比二、金属陶瓷的发展史第一代：二战期间，德国以Ni粘结TiC生产金属陶瓷;第二代：60年代美国福特汽车公司发明的，它添加Mo到Ni粘结相中改善TiC和其它碳化物的润湿性，从而提高材料的韧性；第三代：金属陶瓷则将N元素引入合金的硬质相，改单一相为复合相，形成Ti(C,N)固溶体；20世纪80年代，硼化物陶瓷由于具有很高的硬度、熔点和优良的导电性、耐腐蚀性，成为最有发展前途的金属陶瓷。TiCCore12Co-Mo-TiCcrumicskeleton(TLMo)CR

4、imCo-Mo-Ti(TLMo)CRim(TLMq)CRimjlpmMetallicbinderCo-MoTiBIH(HDHyMvlullicskclclonOuterRim图4TiC金属陶瓷组织结构示意图三、金属陶瓷材料匹配的原则1、相间热力学匹配：金属相的加入大幅降低陶瓷的烧结温度，改善期脆性。纯TiC材料因其烧结温度在2000°C高温，晶粒生长较快，致密度和性能较低，加入Ni-Mo金属作为粘接相，形成TiC-Ni-Mo陶瓷金属，可在1300°C烧结，且致密度和机械性能均有提高，详见图5；金属含量/%图5Ni-Mo金属含量对TiC-Ni

5、-Mo陶瓷金属断裂强度的影响2、相容性：包括陶瓷与金属材料的热膨胀系数、导热系数、弹性模量等的相容性，如两者热膨胀系数相差过大,造成的内应力会降低材料的热稳定性；SiIicmMihstrilr图6Ag金属纳米线、氧化铝陶瓷复合超材料薄膜3、相间热稳定性：金属相与陶瓷相之间无剧烈的化学反应。如发生反应形成化合物，则金属相无法改善陶瓷的低机械性能。CwMoMgO180020001600Zr02160016002200表1真空中陶瓷与金属反应温度下线/°c4、润湿性：陶瓷与金属之间的润湿性是衡量金属陶瓷组织结构与性能优劣的关键条件，润湿性越好，金

6、属相形成的连续相可能性越大，陶瓷金属的性能越好。陶瓷金属的分类金属陶瓷的制备工艺包括粉末冶金、自蔓延高温合成、真空微波烧结、原位反应、机械合金化等，其中采用较多的是粉末冶金法（图4）。金属陶瓷中陶瓷相通常是高熔点氧化物（ALO3、ZrO3>BeO、MgO等）、氮化物（TiN、BN、Si3汕等）、碳化物（TiC、WC等）、硼化物（TiB2、Zr禺等），金属相主要由Ti、Cr>Ni、Co、Fe等各种金属单独或则一起使用，也可以是金属材料，如青铜合金、高温合金等。根据陶瓷相的种类，金属陶瓷主要分为氧化物基、碳化物基、碳氮化物基、硼化物基、含石墨或

7、金刚石碳化物基，其具体的分类详见表2。图7纳米金属陶瓷复合材料微观组织表2金属陶瓷分类及应用汇总氧化物基A1203基Cr、Cr-Mo>血等切削刀具、导弹喷管衬套、机械密封环ZrO2基Ti、Zr02sW等活性金属的站埸、火箭喷嘴BeOsThO2、U02W、Mo等电子工业品、核反应堆芯燃料元件碳化物基WC基Co等高温轴承、涂层TiC基Ni、Ni-MoaNi-Co-Cr等高温轴承、切削刀具、规块Cr3C2Ni、Ni-CrsNi-W等量具、抗腐蚀的轴承、密封件ZrC、HfC、TaC等延性金属未实际应用碳氮化物Ti(C,N)基Co-Ni、等微型可转位

8、刀、高温部件、量具硼化物基TiB2FesF恥等作切削工具、凿岩工具和耐磨零件ZrB2B、SiC、Nb等叶轮、轴承、Mo2FeB2等多元Zn、Al等热挤压模、热锻模等氮化物基TiN