金屬陶瓷材料

由金屬(或合金)與陶瓷組成的非均質的復合材料。系特殊耐火材料的一種。

分類金屬陶瓷可分成氧化物基金屬陶瓷、碳化物基金屬陶瓷、氮化物基金屬陶瓷和硼化物基金屬陶瓷。

組成金屬陶瓷的金屬相為工業純金屬及其合金粉末。如：Ti、Mo、Ni、co等。陶瓷相由高熔點純氧化物或合成的難熔化合物組成。如AL2O3、ZrO2、MgO、Cr2O3、TiC、SiC、WC、TiB2、ZrB2、BN、Si3N4、TaN等。

性能金屬陶瓷硬度高、高溫強度大，高溫蠕變性好，抗熱震性好，且具有抗氧化、抗腐蝕和抗磨損等性能。

金屬陶瓷由于微小的陶瓷粒子均勻分布在連續的金屬相中，形成一種連續的薄膜，將分散而均勻分布的陶瓷顆粒包裹，導致金屬陶瓷同時具有金屬和陶瓷的特性，既通過金屬的優良塑性、導熱性提高材料承受機械及熱應力的能力，同時陶瓷相強化金屬基體使材料獲得更高的強度與硬度。

形成金屬陶瓷的必要條件有：(1)金屬對陶瓷的潤濕性要好。潤濕力愈強，金屬形成連續相的可能性越大，而陶瓷顆粒聚集成大顆粒的趨向就愈小，金屬陶瓷的性能就愈好。改善兩相潤濕途徑可在金屬陶瓷相中加入第2種多價金屬，其點陣類型要求與第1種金屬相同。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)，降低了金屬陶瓷燒結溫度，改善潤濕性。(2)金屬和陶瓷相在燒結和使用中應無劇烈的化學反應發生。反應也僅限于兩相的界面上生成新的陶瓷相。若反應劇烈，則金屬相不以純金屬狀態存在而變成化合物，成為數種化合物聚合體，無法起到利用金屬相來改善陶瓷抵抗機械作用和溫度急變的作用。高溫下金屬相與陶瓷相之間應有一定的溶解作用。通過溶解和析晶過程及陶瓷相均勻分布，從而改善制品性能。溶解作用過大或出現低熔物，會降低金屬陶瓷的高溫強度。(3)金屬相與陶瓷相的膨脹系數相差不可太大，否則會降低金屬陶瓷的抗熱震性。如在TiC—Ni金屬陶瓷中，碳化鈦的線膨脹系數為7.61×10-6/℃，而鎳的線膨脹系數為17.7×10-6/℃二者相差一倍多，因而存在大的內應力，制品的抗熱震性就差。金屬陶瓷中兩相膨脹系數差小于5×10-6/℃時，對制品的抗熱震性影響不大。

工藝以工業純金屬氧化物、合成碳化物和金屬或合金粉末為原料，放在用鎢鋼球作研磨體的不銹鋼球磨筒內，用無水乙醇作介質，研磨成小于5um的細粉。鐵基金屬陶瓷中的鐵可直接用鋼球研磨時引入。經排去無水乙醇后，在低溫或真空下干燥，然后再將細粉制備成供各種成型方法所需的泥料。

金屬陶瓷的成型方法有：(1)注漿成型。在絀粉中加入少量阿拉伯樹膠作為粘結懸浮劑，于石膏模內注漿成型。(2)干壓成型。在細粉中加入適量的油酸作為潤滑結合劑，在100～200MPa下于合金模具內成型。(3)擠壓成型。在細粉中加入一定量的糊精、工業糖漿及油酸作為有機粘結劑，用真空擠泥機擠壓成型。(4)軋膜成型。在細粉中加入聚乙烯醇溶液作為粘結劑，于軋膜機上軋成0.5～1mm薄片。(5)等靜壓成型。把細粉放在橡膠(或塑料)模內，在等靜壓機上于200～300MPa下進行壓制成型。(6)熱壓成型。產品成型與燒結同時進行，即將細粉放在石墨模內于通保護氣氛的碳管熱壓爐中熱壓燒結(成型)。

除熱壓成型的產品外，經成型干燥或素燒加工后的半成品，均放在碳管爐、鉬絲爐或高頻真空爐內，用氫氣保護或在真空下進行燒結。氧化物基金屬陶瓷燒成溫度為1650～1850℃。碳化物基金屬陶瓷為1400～1900℃。熱壓產品是在15～25MPa和1300～1600℃下燒結。燒結后的產品根據使用要求有的需要研磨拋光、精加工，有的則制成顆粒。

用途在冶金工業中用于測量金屬溶液溫度的熱電偶保護管(如AL2O3一Cr、zr02一Mo、MgO一Mo、zrB2一Mo)，熔融金屬用的坩堝(如ZrO2一Ti、ZrO2一Zr)。在機械工業中作為高速切削材料和高溫軸承材料(如AL2O3一MgO一Fe，AL2O3一Mo(Ni、C0、Fe、Cr)，TiC—co(Ni；Cr))，高溫機械密封環材料(如Al2O3一Fe，AL2O3一TiO2一cr-Mo)，透平葉片材料(Tl2O一Ni)。在航空航天工業中用于火箭導彈噴管內襯(如Al2O3一w—C，ZrO2一w)，飛機發動機(如cV3C2一Ni—Cr)。由WC、TiC、Tac和Co、Ni、cr、Mo組成的硬質合金已成為優良的工具材料之一，廣泛應用在石油、機械和冶金工業中。