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金属陶瓷
作者:newzpp 来源: 阅读次数:7664次 发布日期:2012年3月23日

  制成陶瓷制品的陶瓷材料种类繁多,一种由金属相黏结陶瓷颗粒组成的烧结材料称之为金属陶瓷,此陶瓷有哪些历史及组成部分呢?请参考以下资料:
  
  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”。
  
  金属陶瓷的历史
  
  WC-Co基金属陶瓷作为研究最早的金属陶瓷,由于具有很高的硬度(HRA80~92),极高的抗压强度6000MPa(600kg/mm2),已经应用于许多领域。但是由于W和Co资源短缺,促使了无钨金属陶瓷的研制与开发,迄今已历经三代:第一代是“二战”期间,德国以Ni粘结TiC生产金属陶瓷;第二代是20世纪60年代美国福特汽车公司添加Mo到Ni粘结相中改善TiC和其他碳化物的润湿性,从而提高材料的韧性;第三代金属陶瓷则将氮化物引入合金的硬质相,改单一相为复合相。又通过添加Co相和其他元素改善了粘结相。近年来,金属陶瓷研制的另一个新方向是硼化物基金属陶瓷。由于硼化物陶瓷具有很高的硬度、熔点和优良的导电性,耐腐蚀性,从而使硼化物基金属陶瓷成为最有发展前途的金属陶瓷。
  
  金属陶瓷的组成
  
  金属陶瓷(cermet)为了使陶瓷既可以耐高温又不容易破碎,人们在制作陶瓷的粘土里加了些金属粉,因此制成了金属陶瓷。金属基金属陶瓷是在金属基体中加入氧化物细粉制得,又称弥散增强材料。主要有烧结铝(铝-氧化铝)、烧结铍(铍-氧化铍)、TD镍(镍-氧化钍)等。
  
  由一种或几种陶瓷相与金属相或合金所组成的复合材料。广义的金属陶瓷还包括难熔化合物合金、硬质合金、金属粘结的金刚石工具材料。金属陶瓷中的陶瓷相是具有高熔点、高硬度的氧化物或难熔化合物,金属相主要是过渡元素(铁、钴、镍、铬、钨、钼等)及其合金。
  
  金属陶瓷的分类
  
  根据各组成相所占百分比不同,金属陶瓷分为以陶瓷为基质和以金属为基质两类。
  
  1.陶瓷基金属陶瓷主要有:
  
  ①氧化物基金属陶瓷。以氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化铍等为基体,与金属钨、铬或钴复合而成,具有耐高温、抗化学腐蚀、导热性好、机械强度高等特点,可用作导弹喷管衬套、熔炼金属的坩埚和金属切削刀具。
  
  ②碳化物基金属陶瓷。以碳化钛、碳化硅、碳化钨等为基体,与金属钴、镍、铬、钨、钼等金属复合而成,具有高硬度、高耐磨性、耐高温等特点,用于制造切削刀具、高温轴承、密封环、捡丝模套及透平叶片。
  
  ③氮化物基金属陶瓷。以氮化钛、氮化硼、氮化硅和氮化钽为基体,具有超硬性、抗热振性和良好的高温蠕变性,应用较少。
  
  ④硼化物基金属陶瓷。以硼化钛、硼化钽、硼化钒、硼化铬、硼化锆、硼化钨、硼化钼、硼化铌、硼化铪等为基体,与部分金属材料复合而成。
  
  ⑤硅化物基金属陶瓷。以硅化锰、硅化铁、硅化钴、硅化镍、硅化钛、硅化锆、硅化铌、硅化钒、硅化铌、硅化钽、硅化钼、硅化钨、硅化钡等为基体,与部分或微量金属材料复合而成。其中硅化钼金属陶瓷在工业中得到广泛地应用。
  
  2.金属基金属陶瓷是在金属基体中加入氧化物细粉制得,又称弥散增强材料。主要有烧结铝(铝-氧化铝)、烧结铍(铍-氧化铍)、TD镍(镍-氧化钍)等。烧结铝中的氧化铝含量约5%~15%,与合金铝比,其高温强度高、密度小、易加工、耐腐蚀、导热性好。常用于制造飞机和导弹的结构件、发动机活塞、化工机械零件等。
  
  金属陶瓷的性能
  
  金属陶瓷兼有金属和陶瓷的优点,它密度小、硬度高、耐磨、导热性好,不会因为骤冷或骤热而脆裂。另外,在金属表面涂一层气密性好、熔点高、传热性能很差的陶瓷涂层,也能防止金属或合金在高温下氧化或腐蚀。金属陶瓷既具有金属的韧性、高导热性和良好的热稳定性,又具有陶瓷的耐高温、耐腐蚀和耐磨损等特性。
  
  金属陶瓷的用途
  
  金属陶瓷广泛地应用于火箭、导弹、超音速飞机的外壳、燃烧室的火焰喷口等地方。
  
  电器触头上的运用
  
  为了满足电器对触头材料提出的各种复杂的,甚至是矛盾的要求,发展了金属陶瓷材料。
  
  它是两相金属的机械混合物,每相金属各相保留原有的物理性能。两相金属中一相为难熔相,它的硬度高、熔点高,在高温和冲击作用下不变形,在电弧作用下不熔化,因此这相金属在材料中其骨架作用。这类金属有钨、钼、金属氧化物等。另一相金属为载流相,它主要起导电和导热作用。这类金属银、铜等。载流相金属熔点都比较低,在电弧高温作用下熔成液体,保留在难熔相金属骨架构成的空隙中,防止了熔化金属的大量喷溅,使触头电磨损大大减小。一下介绍几种常用的金属陶瓷材料:
  
  (1)银-氧化镉这种材料具有良好的耐电磨损、抗熔焊和接触电阻低而稳定的特点。它被广泛应用于中等功率的电器中。这种材料具有这些优良性能的原因是:
  
  1)在电弧作用下氧化镉分解,从固态升华成气态(分解温度约900℃),产生剧烈蒸发,起着吹弧作用,并清洁触头表面;
  
  2)氧化镉分解时吸收大量的热,有利于电弧的冷却与熄灭;
  
  3)弥散的氧化镉微粒能增加熔融材料的粘度,减少金属的飞溅损耗;
  
  4)镉蒸汽一部分重新与氧结合形成固态氧化镉,沉积在触头表面,组织触头的焊接。
  
  氧化镉含量在12%~15%时可以得到最佳性能。如果在银-氧化镉中添加一些微量元素,例如硅、铝、钙等能进一步细化晶粒,提高耐电磨损性能。
  
  (2)银-钨这种材料具有银、钨各自的优点。随着钨含量的增加,耐电弧磨损和抗熔焊性能提高,但导电性下降。低压开关常用含钨30%~40%的材料,高压开关用含钨60%~80%的材料。
  
  银-钨的缺点是接触电阻随触头开闭次数的增加而增大,严重者可达到初始值的十倍以上,因在分断过程中,触头表面会产生三氧化钨(WO3)或钨酸银(Ag2WO4)膜,这种膜不导电,使接触电阻剧增。
  
  (3)铜-钨这种材料性能与银-钨相似,但比银-钨更容易氧化,形成钨酸铜(CuWO4)膜,使接触电阻剧增。它不宜作空气开关触头,但可以作油开关触头。
  
  (4)银-石墨它的导电性好,接触电阻小,抗熔焊性能很好,缺点是电磨损大。一般石墨含量不超过5%。
  
  (5)银-铁有好的导电、导热、耐电磨损等性能,用于中、小电流接触器中比纯银触头的电寿命成倍提高。主要缺点是在大气中易生锈斑。
 

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