第一節(jié) 金屬陶瓷基本生產(chǎn)技術(shù)、工藝或流程

金屬陶瓷是由陶瓷和粘接金屬組成的非均質(zhì)的復(fù)合材料。陶瓷主要是氧化鋁、氧化鋯等耐高溫氧化物或它們的固溶體，粘接金屬主要是鉻、鉬、鎢、鈦等高熔點(diǎn)金屬。將陶瓷和粘接金屬研磨混合均勻，成型后在不活潑氣氛中燒結(jié)，就可制得金屬陶瓷。

制備金屬陶瓷常見(jiàn)方法有粉末冶金法、浸滲法、粉末燃燒合成法以及原位擴(kuò)散法等。很多情況下，為了獲得結(jié)構(gòu)致密的金屬陶瓷，常需要將上述兩種甚至多種方法結(jié)合起來(lái)。

1、固相燒結(jié)法

固相燒結(jié)是早期制備金屬陶瓷的常用方法，燒結(jié)材料的孔隙率較高，后來(lái)發(fā)展了熱壓燒結(jié)和熱等靜壓燒結(jié)使這種狀況得到大大改善。由于傳統(tǒng)的固相燒結(jié)工藝制備均質(zhì)材料的周期長(zhǎng)，所得燒結(jié)體的致密度低，該方法已逐漸被液相燒結(jié)和其他燒結(jié)方法所取代。

2、液相燒結(jié)法

液相燒結(jié)可以在較短的時(shí)間內(nèi)使組織致密化，用這種方法制備金屬陶瓷的周期短、成本低。

粉末燃燒合成以及近些年發(fā)展起來(lái)的放電等離子燒結(jié)都屬于特殊的液相燒結(jié)工藝。采用這些工藝制備金屬陶瓷時(shí)，燒結(jié)過(guò)程可以控制在很短的時(shí)間內(nèi)完成，因而坯體的原始梯度結(jié)構(gòu)能較完整地保存下來(lái)。

3、原位擴(kuò)散法

碳和氮的含量對(duì)TiC、Ti(CN)基金屬陶瓷的顯微組織和性能具有顯著影響，滲碳和滲氮以及它們的反過(guò)程——脫碳和脫氮均屬于原位擴(kuò)散過(guò)程，其中滲碳、滲氮已經(jīng)被用來(lái)制備金屬陶瓷；而脫氮、脫碳則常作為制備涂層材料的預(yù)處理步驟，其目的是提高基體表層的韌性，阻止裂紋向基體內(nèi)部擴(kuò)展。

4、浸滲法

在液相燒結(jié)制備金屬陶瓷時(shí)，由于對(duì)流以及元素在液相中較快的擴(kuò)散速率，梯度結(jié)構(gòu)很容易因均勻化過(guò)程而消失。浸滲方法可以較好地解決這一問(wèn)題，即先制取一具有多孔特征的難熔相預(yù)制塊，隨后將易熔相熔化后浸入該預(yù)制塊，并填充滿預(yù)制塊的孔隙，形成致密體。通常需要將預(yù)制塊進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，先獲得一定的強(qiáng)度，以維持其自重以及抵抗在液相浸入時(shí)引起的收縮，防止由于液體內(nèi)部擴(kuò)散或?qū)α鬟\(yùn)動(dòng)使難熔相出現(xiàn)均勻化的傾。

在制備功能梯度TiC基金屬陶瓷時(shí)，還有一種十分巧妙的方法：首先制備出孔隙率處處相同而碳含量呈梯度變化的TiCx預(yù)制塊，隨后將其浸入到Fe-.8%C合金液中，此時(shí)低碳區(qū)非化學(xué)計(jì)量比的TiCx與液相中的游離碳結(jié)合形成更穩(wěn)定的TiC，使得這些區(qū)域的粘結(jié)相成分從奧氏體區(qū)逐漸向珠光體和鐵素體區(qū)轉(zhuǎn)變，對(duì)其進(jìn)行淬火處理后，可以得到粘結(jié)相從鐵素體向馬氏體漸變的梯度材料。雖然這種方法所適用的材料范圍較窄，卻為用相變方法制備功能梯度材料提供了可能性。

第二節(jié) 金屬陶瓷新技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用情況

1、超細(xì)金屬陶瓷 研究 與應(yīng)用情況

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外制備超細(xì)金屬陶瓷的 研究 取得了不少成果。

日本在金屬陶瓷切削刀具的開(kāi)發(fā)研制方面居世界領(lǐng)先地位，其金屬陶瓷刀具占全部刀具生產(chǎn)量的30%。日本三菱公司報(bào)道了超細(xì)金屬陶瓷的研發(fā)進(jìn)展并推出了商品牌號(hào)NX2525和NX1010超細(xì)金屬陶瓷。這兩種超細(xì)金屬陶瓷的典型特征是硬質(zhì)相的平均晶粒度小于1μm，綜合性能非常優(yōu)異。

據(jù) 分析 ，三菱公司NX2525和NX1010超細(xì)金屬陶瓷的制備方法是：優(yōu)質(zhì)超細(xì)Ti(CN)粉或TiC+TiN粉+Ni、Co、Mo2C、TaC、NbC、WC細(xì)粉→濕磨→選粒→壓制→氣氛燒結(jié)→熱等靜壓→成品。

2、金屬陶瓷材料粉末冶金技術(shù)的新技術(shù)和新工藝及新裝備

為適應(yīng)硬質(zhì)合金提高產(chǎn)品質(zhì)量和增加產(chǎn)品品種的需要，在進(jìn)一步改進(jìn)與完善硬質(zhì)合金的生產(chǎn)工藝與裝備同時(shí)，也開(kāi)發(fā)出新技術(shù)和新工藝及新裝備。如高溫自蔓延合成技術(shù)、等離子體制粉技術(shù)、流化床制粒技術(shù)、注射成形技術(shù)及其他的新型成形技術(shù)、等離子體燒結(jié)技術(shù)、微波燒結(jié)技術(shù)、各種新型化學(xué)和物理氣相沉積技術(shù)及各種強(qiáng)化處理技術(shù)等。

第三節(jié) 金屬陶瓷國(guó)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

粉末冶金技術(shù)是制取現(xiàn)代高技術(shù)材料的先進(jìn)技術(shù)，在金屬材料、金屬陶瓷材料、陶瓷結(jié)構(gòu)材料等領(lǐng)域中正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

金屬陶瓷材料粉末冶金技術(shù)主要包括金屬陶瓷材料粉末冶金技術(shù)的超細(xì)硬質(zhì)合金、特殊硬質(zhì)相硬質(zhì)合金、梯度功能硬質(zhì)合金、硬質(zhì)合金熱處理、涂層硬質(zhì)合金、新技術(shù)和新工藝及新裝備，以及Ti(C，N)基金屬陶瓷等內(nèi)容。

1、金屬陶瓷材料粉末冶金技術(shù)的超細(xì)硬質(zhì)合金

為使整體硬質(zhì)合金材料同時(shí)具有良好的韌性與耐磨性，目前主要進(jìn)行超細(xì)直至納米晶硬質(zhì)合金材料的 研究 。細(xì)化晶粒的主要方法是添加限制晶粒長(zhǎng)大的抑制劑。特別是控制小部分WC晶粒的瘋長(zhǎng)，它是裂紋源之一。

2、金屬陶瓷材料粉末冶金技術(shù)的特殊硬質(zhì)相硬質(zhì)合金

金屬陶瓷材料粉末冶金技術(shù)的特殊硬質(zhì)相硬質(zhì)合金主要包括盤狀硬質(zhì)相強(qiáng)化硬質(zhì)合金與雙峰結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金。盤狀硬質(zhì)相強(qiáng)化硬質(zhì)合金是指將普通硬質(zhì)合金中呈三棱柱體或多棱柱體的WC晶粒的底面(0001)面擇優(yōu)長(zhǎng)大，從而轉(zhuǎn)變?yōu)槿前鍫睢?/span>

3、金屬陶瓷材料粉末冶金技術(shù)的梯度功能硬質(zhì)合金

為改善工具的切削性能，將梯度功能材料的功能設(shè)計(jì)概念引入硬質(zhì)合金工具材料領(lǐng)域，以實(shí)現(xiàn)材料表面區(qū)域具有良好的耐磨性，內(nèi)部具有良好的斷裂韌性，梯度組成層內(nèi)獲得壓縮殘余應(yīng)力。盡管涂層硬質(zhì)合金作為兼具兩種特性的材料，但因需要進(jìn)行陶瓷涂層的特別工藝，存在著成本居高不下的問(wèn)題。 研究 表面，這種新的材料具有比均勻組成的普通金屬涂層高的耐磨性、斷裂韌性和抗熱裂紋性。

4、金屬陶瓷材料粉末冶金技術(shù)的硬質(zhì)合金熱處理

硬質(zhì)合金熱處理由于使硬質(zhì)合金制品整個(gè)體積內(nèi)部發(fā)生結(jié)構(gòu)與性能的變化，從而可提高合金的整體性能。 研究 表明，由于熱處理明顯改善了力學(xué)性能、耐磨性能和疲勞強(qiáng)度，從而使硬質(zhì)合金的使用壽命大幅度提高。

5、金屬陶瓷材料粉末冶金技術(shù)的涂層硬質(zhì)合金

金屬陶瓷材料粉末冶金技術(shù)的硬質(zhì)合金制品表面涂覆——涂層技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，是硬質(zhì)合金領(lǐng)域中具有劃時(shí)代意義的重要技術(shù)突破。硬質(zhì)合金制品表面涂覆——涂層技術(shù)的出現(xiàn)為解決硬質(zhì)合金耐磨性和韌性相互矛盾的問(wèn)題提供了一條較為有效的途徑。目前，提高涂層效果的 研究 與研制工作基本上沿著兩個(gè)方向進(jìn)行：一是完善制取耐磨涂層的設(shè)備與工藝方法；二是研制涂層的新成分，探索耐磨涂層的新材料。

6、金屬陶瓷材料粉末冶金技術(shù)的Ti(C，N)基金屬陶瓷

金屬陶瓷材料粉末冶金技術(shù)的Ti(C，N)基金屬陶瓷是在TiC基金屬陶瓷基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，使得Ti(C，N)基金屬陶瓷具有優(yōu)良高溫和耐磨性能、良好的韌性和強(qiáng)度的新型金屬陶瓷。奧地利維也納工業(yè)大學(xué)Kieffer發(fā)現(xiàn)TiN在TiC-Ni系材料中的顯著作用后，才出現(xiàn)了TiC基金屬陶瓷中引入TiN的報(bào)道。

第四節(jié) 金屬陶瓷技術(shù)開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)、難點(diǎn) 分析

目前，金屬陶瓷仍處于積極 研究 中，利用物質(zhì)傳輸和物質(zhì)(組成相)之間熱力學(xué)性質(zhì)的差異，已發(fā)展了多種制備金屬陶瓷的方法，然而對(duì)梯度燒結(jié)過(guò)程、梯度結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理還沒(méi)有系統(tǒng)、深入的認(rèn)識(shí)，許多基礎(chǔ)理論問(wèn)題也未能得到解決。此外，在復(fù)雜外力作用下，梯度結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出與均質(zhì)材料截然不同的斷裂特征和失效形式，為此也需要建立新的斷裂機(jī)制和理論體系。

第五節(jié) 金屬陶瓷未來(lái)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

金屬陶瓷作為一種刀具材料，具有特定的性能，在用于精加工時(shí)具有許多優(yōu)點(diǎn)。然而，金屬陶瓷的韌性不夠高和切削刃抗塑性變形的能力不夠強(qiáng)，不適用于粗加工，也不適用于淬硬鋼和冷硬鑄鐵等硬脆材料的加工。近年來(lái)，為了增加金屬陶瓷材料的韌性，很多學(xué)者都進(jìn)行了相關(guān)的 研究 ，并取得了一定的成效，從而使金屬陶瓷刀具的應(yīng)用前景更加廣闊。

通過(guò)細(xì)化金屬陶瓷的晶粒度，金屬陶瓷的使用性能將得到較大改善，獲得性能更優(yōu)異的金屬陶瓷材料。納米改性、納米復(fù)合成功解決了晶粒的異常長(zhǎng)大問(wèn)題，納米級(jí)粒子釘扎或進(jìn)入位錯(cuò)區(qū)使基體晶粒內(nèi)形成亞晶界，導(dǎo)致基體晶粒細(xì)化。納米改性、納米復(fù)合及超細(xì)晶粒陶瓷刀具材料的 研究 與開(kāi)發(fā)將是今后刀具材料發(fā)展的主要方向。

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