金属陶瓷的分类及应用

来源: 桂林矿机时间: 2021-03-03 09:27

根据金属陶瓷中主要非金属相的种类,金属陶瓷可分为五种类型:氧化物基、碳化物基、碳氮化物基、硼化物基和含有石墨或金刚石状碳的金属陶瓷。

01、氧化物基金属陶瓷

(1)Al2O3基金属陶瓷

Al2O3基金属陶瓷可用作切削工具,适于高速切削。用Cr作金属组分的Al2O3基金属陶瓷比Al2O3陶瓷机械强度高,并随组成中Cr含量增加,抗折和抗张强度有所增加。采用Cr-Mo合金效果更好,可在许多高温条件下应用。例如作为喷气火焰控制器、导弹喷管的衬套、熔融金属流量控制针、“T”形浇口、炉管、火焰防护杆以及热电偶保护套管和机械密封环等。Al2O3-Fe基金属陶瓷硬度高、耐磨、耐腐蚀、热稳定性高,广泛用作机械密封环,以及农用潜水泵机械密封用,另外还可以在要求耐高温、导热、导电场合下作为高温部件用。该环使用寿命长,而且不会因临时启动产生大量的热而使环破碎。

(2)ZrO2基金属陶瓷

ZrO2基金属陶瓷是另一种能用金属粘结的陶瓷,可以制成有用的耐火材料。用5%~10%原子浓度的Ti粘结的ZrO2基金属陶瓷,可以制成适用于制造稀有和活性金属的坩埚材料。

(3)其它氧化物基金属陶瓷

BeO基金属陶瓷用W作粘结金属,其热抗热震性较好,在较高温度下才软化,这种材料以用来制作坩埚。由W或Mo作粘结金属的ThO2基金属陶瓷,可以制成许多用于电子工业的产品。由Al、不锈钢或W粘结的可裂变的UO2组成的金属陶瓷可用作为核反应堆堆芯的燃料元件。这种金属陶瓷可以较好地抑制裂变产物,导热性好,从而可防止在高温工作时熔化。

02、碳化物基金属陶瓷

(1)WC基金属陶瓷

WC基金属陶瓷是碳化物基金属陶瓷中研究最多、应用最广的一类金属陶瓷。迄今,能保证材料高机械性能的最好的结构组合和原子间相互作用的古典示例,仍然是WC-Co基金属陶瓷。因为它们在20℃时相组元的结构参数相接近,并且Co的高温变态是通过孪生法从面心立方晶格转变到六方晶格。这种转变是由Co排列缺陷的低能量引发的,在Co内产生强烈的位错分裂,从而保证高的屈服极限。

(2)TiC基金属陶瓷

在碳化物基金属陶瓷中,除WC外,以TiC为基的金属陶瓷也研究得相当成熟,其应用也很广。由于TiC陶瓷的熔点(3250℃)高于WC(2630℃)、耐磨性好、密度只有WC的1/3,抗氧化性远优于WC,而且都能被Co润湿,可用来替代目前广泛使用在切削刀具工业中的WC-Co基金属陶瓷而大大降低成本,因而引起了人们的极大兴趣。

(3)Cr3C2基金属陶瓷

以Cr3C2为主要组分,用Ni、Ni-Cr或Ni-W作粘结金属的金属陶瓷具有密度低、耐磨、耐腐蚀性好、热膨胀系数低、高温抗氧化性好等一系列优良的性能,从而在工具方面和化学工业中得到了应用。可以用作盐水捕鱼杆导圈、抗热盐水腐蚀与磨损的轴承与密封材料、块规、千分尺接头和其它测量工具、黄铜挤压模具、高温轴承、制造油井阀门的阀球等。

03、碳氮化物基金属陶瓷

Ti(C,N)基金属陶瓷是在TiC基金属陶瓷基础上发展起来的一种具有高硬度、高强度、优良的高温和耐磨性能、良好的韧性以及密度小、导热率高的新型金属陶瓷。其主要成分是TiC-TiN,以Co-Ni为粘结剂,以其它碳化物为添加剂,如WC,Mo2C,(Ta,Nb)C,Cr3C2,VC等。

目前,Ti(C,N)基金属陶瓷应用于加工领域已成现实,以制成各种微型可转位刀片,用于精镗孔和精孔加工以及“以车代磨”等精加工领域,且由于Ti(C,N)基金属陶瓷有低密度、低摩擦系数、高耐磨性、良好的耐酸碱腐蚀性能和稳定的高温性能,还可用于:各类发动机的高温部件,如小轴瓦、叶轮根部法兰、阀门、阀座、推杆、摇臂、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,还适合作各种量具,如滑规、塞规、环规。