金属陶瓷材料2014级材料一班王倩文1430140512目录一、金属陶瓷的定义 (3)二、金属陶瓷的特点 (4)1.金属对陶瓷相的润湿性好。

(4)2.金属相与陶瓷相应无剧烈的化学反应 (4)3.金属相与陶瓷相的膨胀系数相差不会过大 (4)三、金属陶瓷的行业现状 (5)1.中国硬质合金工业产业分布、生产企业和研发机构 (5)2.碳化钛基金属陶瓷 (5)2.1 切削加工领域的应用 (6)2.2 航天航空工业方面的应用 (6)2.3 其他方面的应用 (7)3.碳氮化钛基金属陶瓷 (8)3.1 Ti(C,N)基金属陶瓷组分和成分设 (8)3.2 晶粒细化 (9)3.3 Ti(C,N)基金属陶瓷的应用 (9)4.三元硼化物金属陶瓷 (10)四、金属陶瓷的发展趋势 (11)1.新材料的研究与开发。

(11)2.超细晶粒和纳米级金属陶瓷。

(12)3.梯度金属陶瓷的应用开发。

(12)4.金属陶瓷回收再利用问题。

(12)5.基础研究的发展。

(13)材料是人类文明的里程碑，是人类赖以生存和得以发展的重要物质基础。

正是材料的使用、发现和发明，才使人类在与自然界的斗争中，走出混沌蒙昧的时代，发展到科学技术高度发达的今天。

当今世界，能源、信息、材料已成为人类现代文明进步的标志，继金属、有机高分子材料以后，金属陶瓷材料正以其卓越的性能、繁多的品种和广泛的用途进入各行各业，其发展之快，作用之大，令世人瞩目。

金属陶瓷材料具有比强度高、比模量高、耐磨损、耐高温等优良性能，在众多场合已被作为新材料的代名词，成为现代高新技术、新兴产业和传统工业技术改造的物质基础，也是发展现代国防所不可缺少的重要部分，引起了世界各国尤其是发达国家的高度重视，纷纷投入巨资进行研究开发，把金属陶瓷材料作为本国高技术发展的一个重要领域。

一、金属陶瓷的定义金属陶瓷是由陶瓷硬质相与金属或合金粘结相组成的结构材料。

从金属陶瓷英文单词Cermets来，是由Ceramic（陶瓷）和Metal（金属）结合构成的。

金属陶瓷既保持了陶瓷的高强度、高硬度、耐磨损、耐高温、抗氧化和化学稳定性等特性，又具有较好的金属韧性和可塑性。

由于“金属陶瓷”和“硬质合金”两个学科术语没有明确的分界，所以具体材料也很难划分界线，从材料的组元看，“硬质合金”应该归入“金属陶瓷”，IE. Campbell就将“硬质合金”归入到“金属陶瓷”二、金属陶瓷的特点1.金属对陶瓷相的润湿性好。

金属与陶瓷颗粒间的润湿能力是衡量金属陶瓷组织结构与性能优劣的主要条件之一。

润湿能力愈强，则金属形成连续相的可能性愈大，金属陶瓷的性能愈好。

2.金属相与陶瓷相应无剧烈的化学反应。

金属陶瓷制备时如果界面反应剧烈，形成化合物，就无法利用金属相改善陶瓷抵抗机械冲击和热震的性能。

3.金属相与陶瓷相的膨胀系数相差不会过大。

金属陶瓷中的金属相和陶瓷相的膨胀系数相差较大时，会造成较大的内应力，降低金属陶瓷的热稳定性。

三、金属陶瓷的行业现状金属陶瓷是一类非常重要的工具材料和结构材料，其用途极其广泛，几乎涉及到国民经济的各个部门和现代技术的各个领域，对工业的发展和生产率的提高起着重要的推动作用，对金属陶瓷的研究已成为材料领域一个非常重要的研究分支。

传统所说的WC-Co硬质合金，其实就是由陶瓷硬质相WC与金属Co相结合而成的，业内习惯将其称为硬质合金，而将TiC或Ti(C,N)基合金称为金属陶瓷。

1.中国硬质合金工业产业分布、生产企业和研发机构中国硬质合金工业起步较晚，新中国成立前没有硬质合金生产。

经过60年从无到有、从小到大、不断发展，取得了很大进步，形成了生产、研发、贸易完整的工业体系，成为世界硬质合金第一生产大国。

中国硬质合金工业主要集中在湖南、四川，两省产量占全国总产量的54%，其次浙江、江西、福建、江苏和山东，产量为7%~10%。

中国硬质合金企业众多，规模偏小，产业集中度不高，企业总数300多家，年产量超过2000吨的企业只有株硬和自硬两家公司，年产量超过100吨的企业不足50家。

2.碳化钛基金属陶瓷碳化钛（TiC）具有高熔点、高硬度和高弹性模量，良好的抗热震性和化学稳定性，高温抗氧化性能仅低于碳化硅，碳化钛是硬质合金的重要原料，因此在结构材料中作为硬质相而被广泛用作制作耐磨材料、切削刀具材料、机械零件等，还可制作熔炼锡、铅、镉、锌等金属的坩埚，透明碳化钛陶瓷是优良的光学材料。

碳化钛优良的耐热冲击性能，使它适合于在中性或还原性气氛中用作特殊的耐火材料。

碳化钛基金属陶瓷，是一种由金属或合金同碳化钛陶瓷相所组成的非均质的复合材料，它既保持有陶瓷的高强度、高硬度、耐磨损、耐高温、抗氧化和化学稳定性等特性，又有较好的金属韧性，正是由于这些优良的物理化学性能使得碳化钛基金属陶瓷备受关注2.1 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。

2.2 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。

2.3 其他方面的应用金属陶瓷复合涂层能改变金属基体外表面的外貌、结构和化学组成，并赋予基体新的性能。

金属陶瓷复合涂层既有金属的强度和韧性，又有陶瓷的耐高温等优点，是一种优异的复合材料，它已成功地应用航天、航空、国防、化工、机械、电力和电子等工业。

例如铝是有较好抗腐蚀性能的涂层材料，但纯铝涂层的抗磨性差。

通过在纯铝中添加硬质陶瓷TiC第二相，就可具有优异的防腐蚀性能，还具有显著的抗磨和防润滑性能，应用于舰船夹板防滑，效果显著。

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。

碳化钛基金属陶瓷复合材料具有特殊的优异性能，被认为是具有很大使用价值的先进材料，人们对它的研究也在不断深入，经过30多年的发展，已经开发了许多制备工艺。

目前以TiC为基体的金属陶瓷复合材料，可代替WC-Co硬质合金而显著降低成本以及在各种强腐蚀性环境里应用以保护金属材料。

3.碳氮化钛基金属陶瓷碳氮化钛基[Ti(C,N)]金属陶瓷是于1931年问世。

1956年美国福特汽车公司Humenik发现在TiC-Ni基金属陶瓷中加入Mo后，可以改善Ni对TiC的润湿性，大大提高合金强度。

1971年Kieffer等人发现在TiC-Mo-Ni系金属陶瓷中添加TiN，不仅可显著细化硬质相晶粒，改善金属陶瓷的室温和高温力学性能，而且还可大幅度地提高金属陶瓷的高温耐腐蚀和抗氧化性能，因此国内外对Ti(C,N)基金属陶瓷非常重视，进行了深入系统的研究。

自20世纪80年代以来，Ti(C,N)基金属陶瓷获得了迅速的发展，世界各国硬质合金生产厂家先后推出了系列的Ti(C,N)基金属陶瓷刀具。

30多年来，随着粉末冶金技术的发展，成分的演化趋于稳定，烧结技术不断更新，粉末粒径不断细化，Ti(C,N)基金属陶瓷发展到一个比较成熟的阶段。

在日本，近年来Ti(C,N)基金属陶瓷材料已占可转位刀片的30%，我国在“八五”期间也研制了多种Ti(C,N)基金属陶瓷刀具，而有部分上市产品，但性能欠稳定。

进入21世纪，株洲硬质合金集团有限公司、华中科技大学等诸多企业和科研院所加大了研究力度，取得了长足进步，但与国际先进水平仍有一定差距。

3.1 Ti(C,N)基金属陶瓷组分和成分设计由于过渡性金属碳化物、氮化物、碳氮化物，具有独特的物理性质，如高熔点、高硬度等，所以Ti(C,N)基金属陶瓷以Ti(C,N)为主要硬质相，添加WC、TaC、NbC等难熔金属碳化物，并以Ni、Mo等为粘结剂，形成典型的芯-环复合材料。

3.2 晶粒细化在最近20年，特别是近10年里，晶粒细化已经成为Ti(C,N)基金属陶瓷发展的一个总要趋势。

早在20世纪60年代，通过细化晶粒，获得高强度、高硬度、高耐磨性的超细WC-Co基硬质合金，广泛用于制造加工印刷电路板的微型钻头、打印针及各类切削刀具，大幅度提高了工具的寿命。

但是对通过细化晶粒来提高金属陶瓷性能的报道很少。

20世纪90年代，陆续出现了一些关于亚微米Ti(C,N)基金属陶瓷的报道。

目前，许多学者希望通过细化晶粒获得优质金属陶瓷，并深化对机理的认识和研究。

3.3 Ti(C,N)基金属陶瓷的应用Ti(C,N)基金属陶瓷作为一种新型工具材料，可代替WC基硬质合金和TiC基金属陶瓷用于普通碳钢、合金钢和铸铁的加工和钢件的精铣。

Ti(C,N)基金属陶瓷在高速切削条件下显示出很好的红硬性和优异的抗月牙洼磨损能力，是钢材高速加工和半精加工较为理想的刀具材料。

据报道，美国Carboly公司的金属陶瓷已采用Ti(C,N)作基础原料，在结合剂中减少镍的含量，增加钨的含量，从而使金属陶瓷的强度和耐磨性很好的结合起来。

王全兆等采用烧结连接的方法制备出性能优异的Ti(C,N)基金属陶瓷，实现了其与不锈钢的连接，并成功应用在塑料切粒机上。

Ti(C,N)基金属陶瓷同时还具有良好的化学稳定性和耐蚀性能，其粘结相镍和钼是人体所需元素，所以Ti(C,N)基金属陶瓷是目前所有工业刃具材料中最有可能发展为新型外科刃具材料的候选之一。

Ti(C,N)基金属陶瓷还具有稳定的高温强度、良好的摩擦性能和耐酸碱腐蚀性能，可用于各类发动机的高温部件，如小轴瓦、叶轮根部法兰、偏心轮轴、热喷嘴以及活塞环等，也可用于石化工业中各种密封环和阀门，还适于用作各种量具，如滑规、塞规和环规等。