視頻：什么是金屬陶瓷材料

金屬陶瓷

金屬陶瓷cermet或ceramet是由ceramic（陶瓷）和metal（金屬）結合構成的。

金屬陶瓷是一種復合材料，由陶瓷和金屬組成的一種材料，或由粉末冶金方法制成的陶瓷與金屬的復合材料。兼有金屬和陶瓷的某些優(yōu)點，如前者的韌性和抗彎性，后者的耐高溫、高強度和抗氧化性能等。美國ASTM專業(yè)委員會定義為：一種由金屬或合金與一種或多種陶瓷相組成的非均質的復合材料，其中后者約占15%～85%體積分數(shù)，同時在制備的溫度下，金屬和陶瓷相之間的溶解度相當小。

金屬陶瓷為了使陶瓷既可以耐高溫又不容易破碎，人們在制作陶瓷的粘土里加了些金屬粉，因此制成了金屬陶瓷。金屬基金屬陶瓷是在金屬基體中加入氧化物細粉制得 ，又稱彌散增強材料 。主要有燒結鋁(鋁-氧化鋁) 、燒結鈹（鈹-氧化鈹）、TD鎳（鎳-氧化釷）等。由一種或幾種陶瓷相與金屬相或合金所組成的復合材料。廣義的金屬陶瓷還包括難熔化合物合金、硬質合金、金屬粘結的金剛石工具材料。金屬陶瓷中的陶瓷相是具有高熔點 、高硬度的氧化物或難熔化合物，金屬相主要是過渡元素(鐵、鈷、鎳、鉻、鎢、鉬等）及其合金。

根據(jù)各組成相所占百分比不同，金屬陶瓷分為以陶瓷為基質和以金屬為基質兩類。金屬基金屬陶瓷通常具有高溫強度高、密度小、易加工、耐腐蝕、導熱性好等特點，因此常用于制造飛機和導彈的結構件、發(fā)動機活塞、化工機械零件等。陶瓷基金屬陶瓷主要可以細分為以下幾種類型：
1、氧化物基金屬陶瓷。以氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、氧化鈹?shù)葹榛w，與金屬鎢、鉻或鈷復合而成，具有耐高溫、抗化學腐蝕、導熱性好、機械強度高等特點，可用作導彈噴管襯套、熔煉金屬的坩堝和金屬切削刀具。
2、碳化物基金屬陶瓷。以碳化鈦、碳化硅、碳化鎢等為基體，與金屬鈷、鎳、鉻、鎢、鉬等金屬復合而成，具有高硬度、高耐磨性、耐高溫等特點，用于制造切削刀具 、高溫軸承、密封環(huán)、撿絲模套及透平葉片。
3、氮化物基金屬陶瓷。以氮化鈦、氮化硼、氮化硅和氮化鉭為基體，具有超硬性、抗熱振性和良好的高溫蠕變性，應用較少。
4、硼化物基金屬陶瓷。以硼化鈦、硼化鉭、硼化釩、硼化鉻、硼化鋯、硼化鎢、硼化鉬、硼化鈮、硼化鉿等為基體，與部分金屬材料復合而成。
5、硅化物基金屬陶瓷。以硅化錳、硅化鐵、硅化鈷、硅化鎳、硅化鈦、硅化鋯、硅化鈮、硅化釩、硅化鈮、硅化鉭、硅化鉬、硅化鎢、硅化鋇等為基體，與部分或微量金屬材料復合而成。其中硅化鉬金屬陶瓷在工業(yè)中得到廣泛地應用。

WC-Co基金屬陶瓷作為研究最早的金屬陶瓷，由于具有很高的硬度(HRC 80~92)，極高的抗壓強度6000MPa (600kg.N/mm)，已經(jīng)應用于許多領域。但是由于W和Co資源短缺，促使了無鎢金屬陶瓷的研制與開發(fā)，迄今已歷經(jīng)三代：第一代是“二戰(zhàn)”期間，德國以Ni粘結TiC生產(chǎn)金屬陶瓷；第二代是20世紀60年代美國福特汽車公司添加Mo到Ni粘結相中改善TiC和其他碳化物的潤濕性，從而提高材料的韌性；第三代金屬陶瓷則將氮化物引入合金的硬質相，改單一相為復合相。又通過添加Co相和其他元素改善了粘結相。金屬陶瓷研制的另一個新方向是硼化物基金屬陶瓷。由于硼化物陶瓷具有很高的硬度、熔點和優(yōu)良的導電性，耐腐蝕性，從而使硼化物基金屬陶瓷成為最有發(fā)展前途的金屬陶瓷。

碳可以生成各種不同的化合物，常用的碳化物有WC、TiC、Cr3C2、B4C、SiC等。碳化物可用于制造具有獨特性能的金屬陶瓷。碳化物基金屬陶瓷是一種廣泛應用的金屬陶瓷，1923年，WC基金屬陶瓷開始出現(xiàn)，習慣上稱WC-Co為硬質合金；20世紀50年代出現(xiàn)了TiC基金屬陶瓷，常用種類有TiC-Co、TiC-Ni、TiC-Cr等；20世紀60年代初期，中國開始研制和生產(chǎn)碳化物基金屬陶瓷，主要是TiC和WC基兩大類。

WC基金屬陶瓷

WC是一種難熔金屬碳化物，熔點為2630℃，硬度高，特別是熱硬度最高，它能很好地被Co、Ni、Fe等金屬熔體潤濕，鈷溶體對WC的潤濕性最好。具有良好的熱強性、紅硬性和耐磨性。但是抗氧化能力差，在500~800℃空氣中嚴重氧化，在氧化性氣氛中受強熱易分解為W2C和C，即所謂的失碳。WC在Ar氣氛中加熱至2850℃仍然穩(wěn)定，在高溫氮氣中亦不受影響。不溶于酸，耐蝕性優(yōu)良，但容易溶于氟化物。WC基金屬陶瓷是碳化物基金屬陶瓷中研究最多、應用最廣泛的一類金屬陶瓷。迄今為止，能保證材料高力學性能的最好的結構組合和原子間相互作用的古典事例，仍然是WC-Co金屬陶瓷。因為它們在20℃時相組元的結構參數(shù)相近，并且Co的變態(tài)是通過孿生法從面心立方晶格轉變到六方晶格。這種轉變是由Co排列缺陷的低能量引發(fā)的，在Co內產(chǎn)生強烈的位錯分裂，從而保證高的屈服極限。

TiC基金屬陶瓷

以TiC為基的金屬陶瓷國內外研究得相當成熟，其應用很廣泛。TiC陶瓷熔點高，具有很高的常溫硬度，是常溫下使用耐磨性較好的材料。但由于Ti原子和O的親和力大于C原子對O的親和力，Ti原子在高溫氧化性氣氛中能生成致密的結合牢固的TiO2薄膜，因而有很好的抗高溫氧化能力，僅次于Cr3C2。TiC與Co、Ni、Fe等金屬溶體的潤濕性不好，在這些金屬中溶解度亦小，因此，很難獲得TiC彌散在Co、Ni、Fe金屬基相中的耐磨涂層。但TiC能與鋼結硬質合金的鐵合金成分結合，制成具有重要用途的鋼結硬質合金，其最大的特點是退火狀態(tài)硬度低，易加工成形，然后通過淬火使其硬化，獲得高耐磨制件。TiC 陶瓷可與WC陶瓷生成復合碳化物(WTiC2)，具有TiC和WC的綜合性能。

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