PPT《第七章 特种耐火材料》

4 金属陶瓷的制备方法 *

6 氧化物基陶瓷 氧化物与液体金属间的界面能一般较大,金属对氧化物的润湿性一般较差:氧化物的表面具有排斥金属电子的能力 6.1 Al2O3-Cr系金属陶瓷 润湿性不好 -在烧结气氛中引入微量的水汽或氧气 -在配料中引入部分Al(OH)3 -在配料中引入部分Cr2O3 膨胀系数差别较大 -引入金属钼 优良的高温抗氧化性、耐腐蚀性和高的强度:导弹喷管的衬套,热电偶保护套等等 6.2 MgO-MgO.Cr2O3-Mo金属陶瓷 优良的抗高温钢渣、钢液和气体的化学腐蚀能力,优良的耐机械冲刷和优良的抗热震能力:用于钢水连续测温套管,寿命比ZrB

2、ZrO2-Mo等材质寿命有显著提高 *

7 碳化物基金属陶瓷 7.1 概述 完全不润湿:Zn, Sn,Al等.-非过渡族金属 能润湿并能与碳化物产生有限度的作用-过渡族金属 对碳化物的润湿能力 按照被金属润湿来划分 WC,VC,TaC,TiC,UC,ZrC 固体表面能递减 诱导金属:为了改善金属对碳化物的润湿性,常常采用加入少量第二种金属 例:0.25% Ni--->

Cu 导致铜对ZrC的润湿角从135°减小到54° 7.2 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. 纳米WC-Co 复合粉末的制备-喷雾转换工艺 是目前工业化批量生产WC-Co 纳米复合粉的主要方法. 该法由美国的Rutgers大学和Nanodyne公司共同研制成功,采用该工艺生产出的纳米WC-Co粉粒度可达到20nm-40nm,W 和Co达到分子量级的混合,无需研磨,并且从一开始工艺就不受环境影响. 该工艺主要由3个步骤组成: (1)制备和混合先驱体化合物水溶液,固定初始溶液中的成分;

(2)将初始溶液经喷雾干燥形成均匀的先驱体粉末;

(3)经热化学转换将先驱体粉转变成纳米粉体.在实际生产中通常是将偏钨酸铵水溶液与氯化钴混合形成原始溶液,经雾化干燥形成化学成分均匀、细小的钨和钴盐混合物,再将混合粉体在流化床中还原和碳化得到纳米WC-Co 粉体. 原位渗碳还原法 美国Texas 大学的Y.T.Zhu . 该方法创新之处在于利用聚丙烯腈作原位碳源,直接由H2 一步将先驱体还原成纳米单相WC-Co粉体,无需CO/CO2 的碳化过程. 该工艺的关键是将钨酸和钴盐溶解在聚丙烯腈溶液中,经低温干燥后移至气氛炉内于800℃~900℃的温度范围内由90%Ar-10%H2 的混合气体直接还原成WC-Co 粉体,粉体的晶粒度为50 nm~80 nm. 机械合金化 中国科学院固体物理所董远达研究组将石墨粉和W 粉按原子比1∶1 混合,利用机械合金化法合成了晶粒为7.2 nm 的WC 粉体. 浙江大学的吴希俊等人将WO3+Mg+C 粉混合粉置于球磨罐内,在N2 气氛中高能球磨,制备出平均晶粒为6 nm 的W2C 粉体. 上海大学马学鸣项目组利用机械合金化技术直接由W、C、Co 粉制备出11.3 nm 的WC-Co 粉末. 烧结方法 孔隙度低 产品具有更细和更均匀的显微结构,因而硬度、抗弯强度和矫顽磁力均获得提高 使用寿命长 微波烧结 等离子活化烧结 升温速率非常快,可达100℃/s 烧结后的产品晶粒比其它方法小1 个数量级 烧结几分钟即可达到98%以上的致密度 烧结时,粉末中一般不必添加任何粘结剂,也无需预先进行压片处理,简化了工艺 烧结后的材料具有较高的力学性能. 7.3 TiC基金属陶瓷 TiC-Ni基金属陶瓷问世于1929年,最初作为WC-Co系合金的代用材料,主要用于切削加工,由于脆性很大,其应用受到限制. 50年代为了研制喷气发动机的叶片用高温材料,发现TiC-Ni系金属陶瓷具有优良的高温力学性能和比重低的特点.但是,在烧结时由于镍不能完全润湿TiC,发生TiC颗粒聚集长大,导致材料的韧性很差,结果未达到作耐热材料使用的目的. 1956年,Humenik等人发现在TiC-Ni基金属陶瓷中添加钼之后,可改善镍对TiC的润湿性,并抑制了TiC晶粒的长大,使合金强度大大提高.这一发现是制造TiC基金属陶瓷的重大技术突破.随后,美国于1959年制成一个精加工用的TiO基合金牌号,并获得了专利. 进入6O年代,日本东芝、三菱和住友等公司也从事TiC基切削金属陶瓷的研制工作.1965年以后,更多的硬质合金厂积极从事TiC基金属陶瓷的研制工作 进入7O年代后,金属陶瓷的发展日新月异品种牌号迅速增加 发展趋势 新材料的研究与开发 -硬质相正在向多样化方向发展,致力于开发新型硬质相和复合硬质相等;