国外金属陶瓷材料和陶瓷结构材料的粉末冶金技术

发布于：2006/12/8 9:29:14 | 252 次阅读

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       粉末冶金技术是制取现代高技术材料的先进技术，在金属材料、金属陶瓷材料、陶瓷结构材料等领域中正得到越来越广泛的应用。目前，许多高技术新材料采用粉末冶金工艺来制造，如纳米材料、超导材料、生物工程材料、磁性材料、超硬材料、超微机械以及功能梯度材料等。粉末冶金涉及的领域相当广泛，其中也包括金属陶瓷材料领域和陶瓷结构材料领域。现在介绍国外金属陶瓷材料粉末冶金技术和陶瓷结构材料粉末冶金技术。

　　1 金属陶瓷材料粉末冶金技术

　　金属陶瓷材料粉末冶金技术主要包括金属陶瓷材料粉末冶金技术的超细硬质合金、特殊硬质相硬质合金、梯度功能硬质合金、硬质合金热处理、涂层硬质合金、新技术和新工艺及新装备，以及Ti（C，N）基金属陶瓷等内容。

　　1.1 超细硬质合金

    为使整体硬质合金材料同时具有良好的韧性与耐磨性，目前主要进行超细直至纳米晶硬质合金材料的研究。细化晶粒的主要方法是添加限制晶粒长大的抑制剂。特别是控制小部分WC晶粒的疯长，它是裂纹源之一。
　
　　1.2　特殊硬质相硬质合金

　　金属陶瓷材料粉末冶金技术的特殊硬质相硬质合金主要包括盘状硬质相强化硬质合金与双峰结构硬质合金。盘状硬质相强化硬质合金是指将普通硬质合金中呈三棱柱体或多棱柱体的WC晶粒的底面（0001）面择优长大，从而转变为三角板状。
　
　　1.3 梯度功能硬质合金
    为改善工具的切削性能，将梯度功能材料的功能设计概念引入硬质合金工具材料领域，以实现材料表面区域具有良好的耐磨性，内部具有良好的断裂韧性，梯度组成层内获得压缩残余应力。尽管涂层硬质合金作为兼具两种特性的材料，但因需要进行陶瓷涂层的特别工艺，存在着成本居高不下的问题。研究表面，这种新的材料具有比均匀组成的普通金属涂层高的耐磨性、断裂韧性和抗热裂纹性。　
　
　　1.4 硬质合金热处理

　　硬质合金热处理由于使硬质合金制品整个体积内部发生结构与性能的变化，从而可提高合金的整体性能。研究表明，由于热处理明显改善了力学性能、耐磨性能和疲劳强度，从而使硬质合金的使用寿命大幅度提高。
　
　　1.5 涂层硬质合金

　　金属陶瓷材料粉末冶金技术的硬质合金制品表面涂覆——涂层技术是近年来发展起来的一项先进技术，是硬质合金领域中具有划时代意义的重要技术突破。硬质合金制品表面涂覆——涂层技术的出现为解决硬质合金耐磨性和韧性相互矛盾的问题提供了一条较为有效的途径。目前，提高涂层效果的研究与研制工作基本上沿着两个方向进行：一是完善制取耐磨涂层的设备与工艺方法；二是研制涂层的新成分，探索耐磨涂层的新材料。
　　
    1.6 新技术和新工艺及新装备

    为适应硬质合金提高产品质量和增加产品品种的需要，在进一步改进与完善硬质合金的生产工艺与装备同时，也开发出新技术和新工艺及新装备。如高温自蔓延合成技术、等离子体制粉技术、流化床制粒技术、注射成形技术及其他的新型成形技术、等离子体烧结技术、微波烧结技术、各种新型化学和物理气相沉积技术及各种强化处理技术等。
　
    1.7 Ti(C，N)基金属陶瓷

    金属陶瓷材料粉末冶金技术的Ti(C，N)基金属陶瓷是在TiC基金属陶瓷基础上发展起来的，使得Ti(C，N)基金属陶瓷具有优良高温和耐磨性能、良好的韧性和强度的新型金属陶瓷。奥地利维也纳工业大学Kieffer发现TiN在TiC-Ni系材料中的显著作用后，才出现了TiC基金属陶瓷中引入TiN的报道。
　
　　2陶瓷结构材料粉末冶金技术

　　陶瓷结构材料粉末冶金技术主要包括陶瓷结构材料粉末冶金技术的基础研究、高韧性/高硬度陶瓷、氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、新型层状碳化物/氮化物陶瓷、复相陶瓷、陶瓷涂层，以及先进陶瓷的批量生产技术、加工技术、可靠性与性能评价技术等内容。
　
　　2.1 陶瓷结构材料粉末冶金技术的基础与应用研究

    陶瓷结构材料粉末冶金技术的基础与应用研究主要集中在：
　　（1）界面化学和界面调整，如陶瓷/陶瓷、陶瓷/金属、陶瓷/有机物；
　　（2）以连续介质“宏观—亚微观—原子级”层次的“统一断裂观”设计陶瓷材料；
　　（3）陶瓷材料的磨损与润滑；
　　（4）环境影响下的陶瓷材料腐蚀与断裂问题；
　　（5）非均质材料的高温稳定性；
　　（6）复杂体系的陶瓷相图。

    2.2 高韧性/高硬度α-Sialon陶瓷

    通常使用α-Si3N4为原料，可获得由细长的β- Si3N4晶体穿插在等轴状α-Si3N4晶体中所组成的自增韧陶瓷。美国原密歇根大学的I-W.Chen教授和澳大利亚M0nash大学的程一兵博士几乎同时研制出具有高长径比的α-Sialon材料，他们所研制出的具有高长径比的α-Sialon材料具有高硬度和高断裂韧性。

　　2.3 氧化物陶瓷

    乌克兰国家科学院材料学问题研究所研发出来的细晶氧化锆陶瓷平均晶粒尺寸为0.2μm。

　　2.4 非氧化物陶瓷

    乌克兰国家科学院材料学问题研究所的一个研究室研制了一系列高纯超细的高熔点化合物粉末，如TiB2、SiC、B4C、CrB2、B4C-TiB2、TiC、BN、AlN、Si3N4、MoSi2、WSi2等高熔点化合物粉末。

　　2.5 新型层状碳化物和氮化物陶瓷研究

    新型层状碳化物和氮化物陶瓷是发现的碳化物和氮化物陶瓷材料，如Ti3SiC2,Ti2AlC,Ti2AlN等材料。

　　2.6 的高性能复相陶瓷及陶瓷基复合材料

    为克服陶瓷材料的脆性，材料科学家根据自然界生物材料的结构特点对陶瓷复合材料从材料设计、制备工艺等各方面进行了研究，制成了仿生复相陶瓷。

　　2.7 高性能、低成本、高可靠性陶瓷涂层的制备技术;高性能、低成本、批量化先进陶瓷的制备和加工技术、性能评价技术。

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