金屬陶瓷的分類及應(yīng)用

Al₂O₃基金屬陶瓷可用作切削工具，適于高速切削。用Cr作金屬組分的Al₂O₃基金屬陶瓷比Al₂O₃陶瓷機(jī)械強(qiáng)度高，并隨組成中Cr含量增加，抗折和抗張強(qiáng)度有所增加。采用Cr-Mo合金效果更好，可在許多高溫條件下應(yīng)用。例如作為噴氣火焰控制器、導(dǎo)彈噴管的襯套、熔融金屬流量控制針、“T”形澆口、爐管、火焰防護(hù)桿以及熱電偶保護(hù)套管和機(jī)械密封環(huán)等。Al₂O₃-Fe基金屬陶瓷硬度高、耐磨、耐腐蝕、熱穩(wěn)定性高，廣泛用作機(jī)械密封環(huán)，以及農(nóng)用潛水泵機(jī)械密封用，另外還可以在要求耐高溫、導(dǎo)熱、導(dǎo)電場合下作為高溫部件用。該環(huán)使用壽命長，而且不會因臨時啟動產(chǎn)生大量的熱而使環(huán)破碎。

ZrO₂基金屬陶瓷是另一種能用金屬粘結(jié)的陶瓷，可以制成有用的耐火材料。用5%～10%原子濃度的Ti粘結(jié)的ZrO₂基金屬陶瓷，可以制成適用于制造稀有和活性金屬的坩堝材料。

BeO基金屬陶瓷用W作粘結(jié)金屬，其熱抗熱震性較好，在較高溫度下才軟化，這種材料以用來制作坩堝。由W或Mo作粘結(jié)金屬的ThO₂基金屬陶瓷，可以制成許多用于電子工業(yè)的產(chǎn)品。由Al、不銹鋼或W粘結(jié)的可裂變的UO₂組成的金屬陶瓷可用作為核反應(yīng)堆堆芯的燃料元件。這種金屬陶瓷可以較好地抑制裂變產(chǎn)物，導(dǎo)熱性好，從而可防止在高溫工作時熔化。

WC基金屬陶瓷是碳化物基金屬陶瓷中研究最多、應(yīng)用最廣的一類金屬陶瓷。迄今，能保證材料高機(jī)械性能的最好的結(jié)構(gòu)組合和原子間相互作用的古典示例，仍然是WC-Co基金屬陶瓷。因為它們在20℃時相組元的結(jié)構(gòu)參數(shù)相接近，并且Co的高溫變態(tài)是通過孿生法從面心立方晶格轉(zhuǎn)變到六方晶格。這種轉(zhuǎn)變是由Co排列缺陷的低能量引發(fā)的，在Co內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的位錯分裂，從而保證高的屈服極限。

在碳化物基金屬陶瓷中，除WC外，以TiC為基的金屬陶瓷也研究得相當(dāng)成熟，其應(yīng)用也很廣。由于TiC陶瓷的熔點(diǎn)(3250℃)高于WC(2630℃)、耐磨性好、密度只有WC的1/3，抗氧化性遠(yuǎn)優(yōu)于WC，而且都能被Co潤濕，可用來替代目前廣泛使用在切削刀具工業(yè)中的WC-Co基金屬陶瓷而大大降低成本，因而引起了人們的極大興趣。

以Cr₃C₂為主要組分，用Ni、Ni-Cr或Ni-W作粘結(jié)金屬的金屬陶瓷具有密度低、耐磨、耐腐蝕性好、熱膨脹系數(shù)低、高溫抗氧化性好等一系列優(yōu)良的性能，從而在工具方面和化學(xué)工業(yè)中得到了應(yīng)用。可以用作鹽水捕魚桿導(dǎo)圈、抗熱鹽水腐蝕與磨損的軸承與密封材料、塊規(guī)、千分尺接頭和其它測量工具、黃銅擠壓模具、高溫軸承、制造油井閥門的閥球等。

由于TiB₂陶瓷具有某些獨(dú)特的物理化學(xué)性能，例如：高溫硬度極高、密度和電阻率低、彈性模量高、熱傳導(dǎo)性好、與金屬的粘著性和摩擦系數(shù)低、抗氧化性高、化學(xué)穩(wěn)定性好等，因而被認(rèn)為是制造新一代金屬陶瓷的很有發(fā)展前途的硬質(zhì)相。

用質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.02～0.05的B粘結(jié)ZrB₂的ZrB₂基金屬陶瓷可以在極高溫度下使用，包括燃燒室、火箭發(fā)動機(jī)和噴氣發(fā)動機(jī)的反應(yīng)系統(tǒng)。用質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.15的SiC和ZrB₂反應(yīng)，這種固結(jié)的金屬陶瓷可進(jìn)一步增強(qiáng)ZrB₂的抗氧化性，能經(jīng)受得住1900～2500℃范圍內(nèi)的氧化環(huán)境。這種金屬陶瓷可應(yīng)用于處理熔融金屬的系統(tǒng)，如在壓鑄機(jī)上壓鑄液態(tài)合金所用泵的葉輪和軸承；霧化金屬粉末用的噴嘴以及與熔融活性金屬或蒸氣接觸的爐子零部件。