第一節(jié) 金屬陶瓷基本生產技術、工藝或流程

金屬陶瓷是由陶瓷和粘接金屬組成的非均質的復合材料。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，就可制得金屬陶瓷。

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

1、固相燒結法

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

2、液相燒結法

液相燒結可以在較短的時間內使組織致密化，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)展起來的放電等離子燒結都屬于特殊的液相燒結工藝。采用這些工藝制備金屬陶瓷時，燒結過程可以控制在很短的時間內完成，因而坯體的原始梯度結構能較完整地保存下來。

3、原位擴散法

碳和氮的含量對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程——脫碳和脫氮均屬于原位擴散過程，其中滲碳、滲氮已經被用來制備金屬陶瓷；而脫氮、脫碳則常作為制備涂層材料的預處理步驟，其目的是提高基體表層的韌性，阻止裂紋向基體內部擴展。

4、浸滲法

在液相燒結制備金屬陶瓷時，由于對流以及元素在液相中較快的擴散速率，梯度結構很容易因均勻化過程而消失。浸滲方法可以較好地解決這一問題，即先制取一具有多孔特征的難熔相預制塊，隨后將易熔相熔化后浸入該預制塊，并填充滿預制塊的孔隙，形成致密體。通常需要將預制塊進行預燒結，先獲得一定的強度，以維持其自重以及抵抗在液相浸入時引起的收縮，防止由于液體內部擴散或對流運動使難熔相出現均勻化的傾。

在制備功能梯度TiC基金屬陶瓷時，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預制塊，隨后將其浸入到Fe-.8%C合金液中，此時低碳區(qū)非化學計量比的TiCx與液相中的游離碳結合形成更穩(wěn)定的TiC，使得這些區(qū)域的粘結相成分從奧氏體區(qū)逐漸向珠光體和鐵素體區(qū)轉變，對其進行淬火處理后，可以得到粘結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) 金屬陶瓷新技術研發(fā)、應用情況

1、超細金屬陶瓷 研究 與應用情況

近年來，國內外制備超細金屬陶瓷的 研究 取得了不少成果。

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

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

2、金屬陶瓷材料粉末冶金技術的新技術和新工藝及新裝備

為適應硬質合金提高產品質量和增加產品品種的需要，在進一步改進與完善硬質合金的生產工藝與裝備同時，也開發(fā)出新技術和新工藝及新裝備。如高溫自蔓延合成技術、等離子體制粉技術、流化床制粒技術、注射成形技術及其他的新型成形技術、等離子體燒結技術、微波燒結技術、各種新型化學和物理氣相沉積技術及各種強化處理技術等。

第三節(jié) 金屬陶瓷國外技術發(fā)展現狀

粉末冶金技術是制取現代高技術材料的先進技術，在金屬材料、金屬陶瓷材料、陶瓷結構材料等領域中正得到越來越廣泛的應用。

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

1、金屬陶瓷材料粉末冶金技術的超細硬質合金

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

2、金屬陶瓷材料粉末冶金技術的特殊硬質相硬質合金

金屬陶瓷材料粉末冶金技術的特殊硬質相硬質合金主要包括盤狀硬質相強化硬質合金與雙峰結構硬質合金。盤狀硬質相強化硬質合金是指將普通硬質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)長大，從而轉變?yōu)槿前鍫睢?/span>

3、金屬陶瓷材料粉末冶金技術的梯度功能硬質合金

為改善工具的切削性能，將梯度功能材料的功能設計概念引入硬質合金工具材料領域，以實現材料表面區(qū)域具有良好的耐磨性，內部具有良好的斷裂韌性，梯度組成層內獲得壓縮殘余應力。盡管涂層硬質合金作為兼具兩種特性的材料，但因需要進行陶瓷涂層的特別工藝，存在著成本居高不下的問題。 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的硬質合金熱處理

硬質合金熱處理由于使硬質合金制品整個體積內部發(fā)生結構與性能的變化，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性能、耐磨性能和疲勞強度，從而使硬質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的涂層硬質合金

金屬陶瓷材料粉末冶金技術的硬質合金制品表面涂覆——涂層技術是近年來發(fā)展起來的一項先進技術，是硬質合金領域中具有劃時代意義的重要技術突破。硬質合金制品表面涂覆——涂層技術的出現為解決硬質合金耐磨性和韌性相互矛盾的問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方向進行：一是完善制取耐磨涂層的設備與工藝方法；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的Ti(C，N)基金屬陶瓷

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

第四節(jié) 金屬陶瓷技術開發(fā)熱點、難點 分析

目前，金屬陶瓷仍處于積極 研究 中，利用物質傳輸和物質(組成相)之間熱力學性質的差異，已發(fā)展了多種制備金屬陶瓷的方法，然而對梯度燒結過程、梯度結構的形成機理還沒有系統、深入的認識，許多基礎理論問題也未能得到解決。此外，在復雜外力作用下，梯度結構呈現出與均質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制和理論體系。

第五節(jié) 金屬陶瓷未來技術發(fā)展趨勢

金屬陶瓷作為一種刀具材料，具有特定的性能，在用于精加工時具有許多優(yōu)點。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，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，為了增加金屬陶瓷材料的韌性，很多學者都進行了相關的 研究 ，并取得了一定的成效，從而使金屬陶瓷刀具的應用前景更加廣闊。

通過細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、納米復合成功解決了晶粒的異常長大問題，納米級粒子釘扎或進入位錯區(qū)使基體晶粒內形成亞晶界，導致基體晶粒細化。納米改性、納米復合及超細晶粒陶瓷刀具材料的 研究 與開發(fā)將是今后刀具材料發(fā)展的主要方向。

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