金属陶瓷
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金属陶瓷
钛 钒 硅 铝
目录
1、概念、性能现状 2、发展趋势 3、我国的金属陶瓷 4、钛系金属陶瓷 5、钒系金属陶瓷 6、氮化硅 7、氮化铝
1 概念、性能和现状
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。
4.2 氮化钛(TiN)
性能：高熔点、高导电性、高硬度、高化学稳 定性，有金黄色外观和较低摩擦系数 。 应用：耐热材料、耐磨密封材料、电极材料、 刀具材料、触头材料、各种仿黄金装饰品等 加入氮化钛可提高金属和陶瓷材料的塑性变形 阻力，抑制热裂纹的产生和扩展，强化抗热冲 击性能，延长使用寿命，现主要用于刀、模具 中。特别是在碳化钛系列硬质合金生产中，用 氮化钛取代钴作粘结剂具有很高的轫性，其成 本却大大低于钴。
生产方法： (1)纯钛粉直接氮化 ：方法简单，过程不 宜控制，原料不易得，价格昂贵。 (2)钛白粉还原制取 ：过程较慢，易于控 制，原料廉价。技术还不够成熟。
4.3 碳氮化钛(Ti(C，N)) 性能：TiC和TiN相互形成的无限固溶体。 同样具有高熔点、高导电性、高硬度、 高化学稳定性。 主要应用：(1)刀、模具。 (2) 强化各种金属材料。 生产方法： (1)氢化钛或钛粉直接碳氮化。质量高， 原料昂贵，产品结块严重。
End
Thank you
性能： 显微硬度 密度 熔点 \ Gpa \ g/cm3 \℃ TiC 2.85~3.20 4.91~4.93 3250 WC 1.73 15.5~15.7 2600 前者的性能明显优于后者。 存在问题： (1)：冶金级低档钛白作原料，技术指标 达不到高档次的要求。
(2)：细化碳化钛晶粒的问题难以解决， 冲击轫性始终不如钨钴系列硬质合金。 (3)：真空、高温（≥ 1520℃）碳化, 至 使成本高。 解决方法： (1)高纯、超细二氧化钛为原料，制取高 纯超细晶粒碳化钛粉末。可节约Ni的用 量。 (2) 和钢铁材料表面复合：用气相沉积、 激光熔覆制成外硬内轫的复合材料。
因金属陶瓷的抗疲劳强度和抗腐蚀性能 高于钢和高温合金材料被广泛应用于航 空、精密仪器、机械、工模具、电子、 能源工程、生物陶瓷等领域。 它始于上世纪80年代，已形成一项重要 的、方兴未艾的高新技术产业。随着全 球的信息技术、电子技术、结构和工程 材料的迅速发展，已成为一项重要的高 新技术产业。
在上世纪未，全世界金属陶瓷销售 额已达到1900亿美元，年增长率 5%~6%，年销售量达50万吨，其中： 西欧市场：550亿美元。 日本及太平洋地区市场：300亿美元。 北美市场：1050亿美元。
应用： 轴承、活塞、复合刀具（+SiC、TiC、TiN、 ZrO2等）、涡轮叶片、坩埚、燃烧嘴、 铝电解槽衬里、耐蚀耐磨零件、球阀、 泵体、燃烧器汽化器、薄膜电容器、高 温绝缘体、雷达天线、罩、原子反应堆 中的支承件和隔离体、核裂变物质的载 体等。
生产方法:直接氮化法和还原法 直接氮化法:将高纯硅粉在氮气气氛下直 接氮化。 还原法:氧化硅或它的无机盐和碳还原剂、 添加剂混合后在高温下氮化。 我国氮化硅技术水平和生产量居世界前 列。
生产方法:直接氮化法和还原法 直接氮化法：高纯铝粉在氮气气氛下直 接氮化。反应速度快，但生产过程不易 控制，产品质量较差。 还原法：生产过程易于控制，产品质量 好，但反应速度较慢。 我国清华大学和湖南大学 已完成科研开 发工作。
Metal
china
Cermet
希望青年同学积极投身于金属陶瓷行业 的，重振我国陶瓷雄风，使我国金属陶 瓷领先于世界水平。
氮化铝的热导率可达320W· m-1· K-1,是传 统基片材料氧化铝的10~15倍，接近于氧 化铍（ＢｅＯ）的热导率，因（ＢｅＯ） 有毒，已逐渐停用，氮化铝是最佳的候 选电子元件散热基片材料和封装材料。 世界在电子陶瓷基板的需求以每年10％ ~12％的增长。我国全部依赖进口，年需 求已达400亿 以上，还会以25％的速度递 增。
5.2 V（C,N） 性能:VC和VN相互形成的无限固溶体。 主要应用：强化各种金属材料，特别是强化钢 铁材料。与使用钒铁相比，VC和V(C，N)有如 下优点： ①能更有效地强化和细化晶粒；②减少钒的加 入量，成本降低；③有利钒和氮的利用；④纯 度高；⑤粒度均匀并便于包装。 VC和V(C，N)的生产过程无污染，V回收率高 (理论上为100%)，能耗低，因此，由于它价格 低廉而适用于许多含碳高强度钢的添加剂。
(2)等离子体气氛下高温碳氮化四氯化钛。 质量高，产率太低，难以商品化。 (3)碳热还原法：以二氧化钛、碳为原料， 在氮气或氩气或真空气氛、高温 （1500℃~2100℃）还原制取碳氮化钛。 原料廉价，工艺简单，气氛复杂，制备 温度高。
5 钒系金属陶瓷
性能： 碳化钒（VC）和碳氮化钒（V（C,N）） 显微硬度 密度 熔点 \ Gpa \ g/cm3 \℃ VC 2.09 5.48 2830 VN -6.04 2050~2320
Leabharlann Baidu
7 氮化铝(AlN)
性能:高导热率、高电绝缘性、高强度、 高硬度、低热膨胀系数等良好的物理热 学性能、优异的化学和耐腐蚀性能，因 此被认为是一种具有广泛应用前景的无 机材料
应用: 各种电子电路基板，片式电阻、厚、薄 膜、封装外壳、计算机、仪器仪表工业、 电子设备、汽车、日用家电、办公自动 化、耐火材料、结构材料、刀具材料等 各个领域。 以电子陶瓷基板为例，半导体元件、电 力电子大功率器件高功率化，高集成化， 散热已成为一个重要问题。
生产方法：
以V2O5或V2O3为原料，主要用碳热还原 法生产。
6 氮化硅(Si3N4)
性能： 维氏硬度 密度 热臌胀系 数 \ Gpa \ kg/m3 \×10K Si3N4 14~18 3250 3 不锈钢 8 7800 12 还有高硬度、高强度、高抗热震性、高 抗高温氧化性、良好的断裂韧性。
2 发展趋势
据美国克西里兰市咨询公司估计， 美国、欧共体和日本以及部份发展 中国家对金属陶瓷开发投资平均增 长率将超过20%。
3 我国的金属陶瓷
我国金属陶瓷发展也很迅速，其年产值 已达3亿元人民币。但主要产品集中于切 削工具、模具方面，其它方面的应用处 于产业化初期阶段，已有一些产品进入 了市场。
我国金属陶瓷的科研工作发展得很好， 取得不少成果及专利。一些高性能陶瓷 研究水平进入世界先进行列，如氮化硅 陶瓷(Si3N4)在国际上占有较高的学术地 位，并形成了具有中国特色的结构陶瓷 相应理论及工程材料系列。
4 钛系金属陶瓷
4.1 碳化钛(TiC) 概念：TiC +TiN、Ni、Co、Mo…复合。 应用：取代传统的WC+Co系硬质合金。 原因：钨(W)、钴(Co)是稀有的战略资源。 我国曾是钨大国，但上世纪80年代中期以 来，钨资源逐渐枯竭，用TiC取代WC成为 必然趋势。
5.1 VC
在钨资源枯竭的形势下：硬质合金行业从以下 两方面入手： （1）发展钛基金属陶瓷代替WC基硬质
合金。 （2）尽可能提高现有WC基硬质合金的 使用效 果，降低钨的消耗。 VC在这两方面均有不俗的表现。
在WC基硬质合金中，VC是最佳的晶粒长大抑 制剂，细化WC晶粒，从而提高WC基硬质合金 的使用寿命。还有有效地降低WC-Co合金的居 里点，产生非磁性效果。 在TiC基硬质合金中，能导致最强键上共价电 子数n增加，和Cr3C2配合，能有效提高金属陶 瓷的抗弯强度和细化晶粒。
钛 钒 硅 铝
目录
1、概念、性能现状 2、发展趋势 3、我国的金属陶瓷 4、钛系金属陶瓷 5、钒系金属陶瓷 6、氮化硅 7、氮化铝
1 概念、性能和现状
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。
4.2 氮化钛(TiN)
性能：高熔点、高导电性、高硬度、高化学稳 定性，有金黄色外观和较低摩擦系数 。 应用：耐热材料、耐磨密封材料、电极材料、 刀具材料、触头材料、各种仿黄金装饰品等 加入氮化钛可提高金属和陶瓷材料的塑性变形 阻力，抑制热裂纹的产生和扩展，强化抗热冲 击性能，延长使用寿命，现主要用于刀、模具 中。特别是在碳化钛系列硬质合金生产中，用 氮化钛取代钴作粘结剂具有很高的轫性，其成 本却大大低于钴。
生产方法： (1)纯钛粉直接氮化 ：方法简单，过程不 宜控制，原料不易得，价格昂贵。 (2)钛白粉还原制取 ：过程较慢，易于控 制，原料廉价。技术还不够成熟。
4.3 碳氮化钛(Ti(C，N)) 性能：TiC和TiN相互形成的无限固溶体。 同样具有高熔点、高导电性、高硬度、 高化学稳定性。 主要应用：(1)刀、模具。 (2) 强化各种金属材料。 生产方法： (1)氢化钛或钛粉直接碳氮化。质量高， 原料昂贵，产品结块严重。
End
Thank you
性能： 显微硬度 密度 熔点 \ Gpa \ g/cm3 \℃ TiC 2.85~3.20 4.91~4.93 3250 WC 1.73 15.5~15.7 2600 前者的性能明显优于后者。 存在问题： (1)：冶金级低档钛白作原料，技术指标 达不到高档次的要求。
(2)：细化碳化钛晶粒的问题难以解决， 冲击轫性始终不如钨钴系列硬质合金。 (3)：真空、高温（≥ 1520℃）碳化, 至 使成本高。 解决方法： (1)高纯、超细二氧化钛为原料，制取高 纯超细晶粒碳化钛粉末。可节约Ni的用 量。 (2) 和钢铁材料表面复合：用气相沉积、 激光熔覆制成外硬内轫的复合材料。
因金属陶瓷的抗疲劳强度和抗腐蚀性能 高于钢和高温合金材料被广泛应用于航 空、精密仪器、机械、工模具、电子、 能源工程、生物陶瓷等领域。 它始于上世纪80年代，已形成一项重要 的、方兴未艾的高新技术产业。随着全 球的信息技术、电子技术、结构和工程 材料的迅速发展，已成为一项重要的高 新技术产业。
在上世纪未，全世界金属陶瓷销售 额已达到1900亿美元，年增长率 5%~6%，年销售量达50万吨，其中： 西欧市场：550亿美元。 日本及太平洋地区市场：300亿美元。 北美市场：1050亿美元。
应用： 轴承、活塞、复合刀具（+SiC、TiC、TiN、 ZrO2等）、涡轮叶片、坩埚、燃烧嘴、 铝电解槽衬里、耐蚀耐磨零件、球阀、 泵体、燃烧器汽化器、薄膜电容器、高 温绝缘体、雷达天线、罩、原子反应堆 中的支承件和隔离体、核裂变物质的载 体等。
生产方法:直接氮化法和还原法 直接氮化法:将高纯硅粉在氮气气氛下直 接氮化。 还原法:氧化硅或它的无机盐和碳还原剂、 添加剂混合后在高温下氮化。 我国氮化硅技术水平和生产量居世界前 列。
生产方法:直接氮化法和还原法 直接氮化法：高纯铝粉在氮气气氛下直 接氮化。反应速度快，但生产过程不易 控制，产品质量较差。 还原法：生产过程易于控制，产品质量 好，但反应速度较慢。 我国清华大学和湖南大学 已完成科研开 发工作。
Metal
china
Cermet
希望青年同学积极投身于金属陶瓷行业 的，重振我国陶瓷雄风，使我国金属陶 瓷领先于世界水平。
氮化铝的热导率可达320W· m-1· K-1,是传 统基片材料氧化铝的10~15倍，接近于氧 化铍（ＢｅＯ）的热导率，因（ＢｅＯ） 有毒，已逐渐停用，氮化铝是最佳的候 选电子元件散热基片材料和封装材料。 世界在电子陶瓷基板的需求以每年10％ ~12％的增长。我国全部依赖进口，年需 求已达400亿 以上，还会以25％的速度递 增。
5.2 V（C,N） 性能:VC和VN相互形成的无限固溶体。 主要应用：强化各种金属材料，特别是强化钢 铁材料。与使用钒铁相比，VC和V(C，N)有如 下优点： ①能更有效地强化和细化晶粒；②减少钒的加 入量，成本降低；③有利钒和氮的利用；④纯 度高；⑤粒度均匀并便于包装。 VC和V(C，N)的生产过程无污染，V回收率高 (理论上为100%)，能耗低，因此，由于它价格 低廉而适用于许多含碳高强度钢的添加剂。
(2)等离子体气氛下高温碳氮化四氯化钛。 质量高，产率太低，难以商品化。 (3)碳热还原法：以二氧化钛、碳为原料， 在氮气或氩气或真空气氛、高温 （1500℃~2100℃）还原制取碳氮化钛。 原料廉价，工艺简单，气氛复杂，制备 温度高。
5 钒系金属陶瓷
性能： 碳化钒（VC）和碳氮化钒（V（C,N）） 显微硬度 密度 熔点 \ Gpa \ g/cm3 \℃ VC 2.09 5.48 2830 VN -6.04 2050~2320
Leabharlann Baidu
7 氮化铝(AlN)
性能:高导热率、高电绝缘性、高强度、 高硬度、低热膨胀系数等良好的物理热 学性能、优异的化学和耐腐蚀性能，因 此被认为是一种具有广泛应用前景的无 机材料
应用: 各种电子电路基板，片式电阻、厚、薄 膜、封装外壳、计算机、仪器仪表工业、 电子设备、汽车、日用家电、办公自动 化、耐火材料、结构材料、刀具材料等 各个领域。 以电子陶瓷基板为例，半导体元件、电 力电子大功率器件高功率化，高集成化， 散热已成为一个重要问题。
生产方法：
以V2O5或V2O3为原料，主要用碳热还原 法生产。
6 氮化硅(Si3N4)
性能： 维氏硬度 密度 热臌胀系 数 \ Gpa \ kg/m3 \×10K Si3N4 14~18 3250 3 不锈钢 8 7800 12 还有高硬度、高强度、高抗热震性、高 抗高温氧化性、良好的断裂韧性。
2 发展趋势
据美国克西里兰市咨询公司估计， 美国、欧共体和日本以及部份发展 中国家对金属陶瓷开发投资平均增 长率将超过20%。
3 我国的金属陶瓷
我国金属陶瓷发展也很迅速，其年产值 已达3亿元人民币。但主要产品集中于切 削工具、模具方面，其它方面的应用处 于产业化初期阶段，已有一些产品进入 了市场。
我国金属陶瓷的科研工作发展得很好， 取得不少成果及专利。一些高性能陶瓷 研究水平进入世界先进行列，如氮化硅 陶瓷(Si3N4)在国际上占有较高的学术地 位，并形成了具有中国特色的结构陶瓷 相应理论及工程材料系列。
4 钛系金属陶瓷
4.1 碳化钛(TiC) 概念：TiC +TiN、Ni、Co、Mo…复合。 应用：取代传统的WC+Co系硬质合金。 原因：钨(W)、钴(Co)是稀有的战略资源。 我国曾是钨大国，但上世纪80年代中期以 来，钨资源逐渐枯竭，用TiC取代WC成为 必然趋势。
5.1 VC
在钨资源枯竭的形势下：硬质合金行业从以下 两方面入手： （1）发展钛基金属陶瓷代替WC基硬质
合金。 （2）尽可能提高现有WC基硬质合金的 使用效 果，降低钨的消耗。 VC在这两方面均有不俗的表现。
在WC基硬质合金中，VC是最佳的晶粒长大抑 制剂，细化WC晶粒，从而提高WC基硬质合金 的使用寿命。还有有效地降低WC-Co合金的居 里点，产生非磁性效果。 在TiC基硬质合金中，能导致最强键上共价电 子数n增加，和Cr3C2配合，能有效提高金属陶 瓷的抗弯强度和细化晶粒。