金属陶瓷材料

金属陶瓷材料

由金属(或合金)与陶瓷组成的非均质的复合材料。系特殊耐火材料的一种。

分类金属陶瓷可分成氧化物基金属陶瓷、碳化物基金属陶瓷、氮化物基金属陶瓷和硼化物基金属陶瓷。

组成金属陶瓷的金属相为工业纯金属及其合金粉末。如：Ti、Mo、Ni、co等。陶瓷相由高熔点纯氧化物或合成的难熔化合物组成。如AL2O3、ZrO2、MgO、Cr2O3、TiC、SiC、WC、TiB2、ZrB2、BN、Si3N4、TaN等。

性能金属陶瓷硬度高、高温强度大，高温蠕变性好，抗热震性好，且具有抗氧化、抗腐蚀和抗磨损等性能。

金属陶瓷由于微小的陶瓷粒子均匀分布在连续的金属相中，形成一种连续的薄膜，将分散而均匀分布的陶瓷颗粒包裹，导致金属陶瓷同时具有金属和陶瓷的特性，既通过金属的优良塑性、导热性提高材料承受机械及热应力的能力，同时陶瓷相强化金属基体使材料获得更高的强度与硬度。

形成金属陶瓷的必要条件有：(1)金属对陶瓷的润湿性要好。润湿力愈强，金属形成连续相的可能性越大，而陶瓷颗粒聚集成大颗粒的趋向就愈小，金属陶瓷的性能就愈好。改善两相润湿途径可在金属陶瓷相中加入第2种多价金属，其点阵类型要求与第1种金属相同。例如AL2O3一cr中加入Mo，也可以加入少量其他氧化物(如V2O3、MoO3、wO3等)，降低了金属陶瓷烧结温度，改善润湿性。(2)金属和陶瓷相在烧结和使用中应无剧烈的化学反应发生。反应也仅限于两相的界面上生成新的陶瓷相。若反应剧烈，则金属相不以纯金属状态存在而变成化合物，成为数种化合物聚合体，无法起到利用金属相来改善陶瓷抵抗机械作用和温度急变的作用。高温下金属相与陶瓷相之间应有一定的溶解作用。通过溶解和析晶过程及陶瓷相均匀分布，从而改善制品性能。溶解作用过大或出现低熔物，会降低金属陶瓷的高温强度。(3)金属相与陶瓷相的膨胀系数相差不可太大，否则会降低金属陶瓷的抗热震性。如在TiC%26mdash;Ni金属陶瓷中，碳化钛的线膨胀系数为7.61%26times;10-6/℃，而镍的线膨胀系数为17.7%26times;10-6/℃二者相差一倍多，因而存在大的内应力，制品的抗热震性就差。金属陶瓷中两相膨胀系数差小于5%26times;10-6/℃时，对制品的抗热震性影响不大。

工艺以工业纯金属氧化物、合成碳化物和金属或合金粉末为原料，放在用钨钢球作研磨体的不锈钢球磨筒内，用无水乙醇作介质，研磨成小于5um的细粉。铁基金属陶瓷中的铁可直接用钢球研磨时引入。经排去无水乙醇后，在低温或真空下干燥，然后再将细粉制备成供各种成型方法所需的泥料。

金属陶瓷的成型方法有：(1)注浆成型。在绌粉中加入

少量阿拉伯树胶作为粘结悬浮剂，于石膏模内注浆成型。(2)干压成型。在细粉中加入适量的油酸作为润滑结合剂，在100～200MPa下于合金模具内成型。(3)挤压成型。在细粉中加入一定量的糊精、工业糖浆及油酸作为有机粘结剂，用真空挤泥机挤压成型。(4)轧膜成型。在细粉中加入聚乙烯醇溶液作为粘结剂，于轧膜机上轧成0.5～1mm薄片。(5)等静压成型。把细粉放在橡胶(或塑料)模内，在等静压机上于200～300MPa下进行压制成型。(6)热压成型。产品成型与烧结同时进行，即将细粉放在石墨模内于通保护气氛的碳管热压炉中热压烧结(成型)。

除热压成型的产品外，经成型干燥或素烧加工后的半成品，均放在碳管炉、钼丝炉或高频真空炉内，用氢气保护或在真空下进行烧结。氧化物基金属陶瓷烧成温度为1650～1850℃。碳化物基金属陶瓷为1400～1900℃。热压产品是在15～25MPa和1300～1600℃下烧结。烧结后的产品根据使用要求有的需要研磨抛光、精加工，有的则制成颗粒。

用途在冶金工业中用于测量金属溶液温度的热电偶保护管(如AL2O3一Cr、zr02一Mo、MgO一Mo、zrB2一Mo)，熔融金属用的坩埚(如ZrO2一Ti、ZrO2一Zr)。在机械工业中作为高速切削材料和高温轴承材料(如AL2O3一MgO一Fe，AL2O3一Mo(Ni、C0、Fe、Cr)，TiC%26mdash;co(Ni；Cr))，高温机械密封环材料(如Al2O3一Fe，AL2O3一TiO2一cr-Mo)，透平叶片材料(Tl2O一Ni)。在航空航天工业中用于火箭导弹喷管内衬(如Al2O3一w%26mdash;C，ZrO2一w)，飞机发动机(如cV3C2一Ni%26mdash;Cr)。由WC、TiC、Tac和Co、Ni、cr、Mo组成的硬质合金已成为优良的工具材料之一，广泛应用在石油、机械和冶金工业中。


纯金属在高温中容易被氧化使强度大大降低。而陶瓷能耐高温、耐腐蚀，但脆性大，导电率低，高温流动性差。

如果把金属和陶瓷掺合在一起，就可以在高熔点的情况下得到强度高，硬度大、抗氧化能力强，并具有一定的延展性和良好的热稳定性的金属陶瓷。中国资产管理网

制造金属陶瓷材料比较简单，只需要在氧化铝中加入一些金属铬；在碳化钛中加入一些金属镍，就可以制造成金属陶瓷。掺有超微陶瓷粉末的金属铝，是一种重量轻、强度高、韧性大、

耐热性能好的金属陶瓷。含 ２０％的超微钴粉末的金属陶瓷是性能很好的耐高温材料，主要用于运载火箭的喷嘴