我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3500—83基本上與第一定義相同,定義為“由至少一種金屬相和至少一種通常為陶瓷性質(zhì)的非金屬相組成的燒結(jié)材料”。按照這一定義,彌散強(qiáng)化材料、燒結(jié)摩擦材料,含石墨或氧化物、碳化物的電觸頭材料等都屬于金屬陶瓷。
對(duì)于金屬陶瓷來(lái)說(shuō),需要考慮的主要問題是如何把兩個(gè)以上不同的相結(jié)合起來(lái),獲得良好的顯微結(jié)構(gòu)。為此金屬(合金)相和陶瓷相必須考慮以下條件:
金屬相與陶瓷相之間應(yīng)有一定的溶解度,但無(wú)劇烈的化學(xué)反應(yīng)。一定的溶解度有助于粘結(jié)相和非金屬相之間的牢同結(jié)合,這一點(diǎn)被認(rèn)為是C0一WC合金獲得高強(qiáng)度的重要原因。為了獲得一定程度的互溶或單向溶解,添加另一組元和控制工藝也是方法之一。例如cr—Al2O3體系,如果在燒結(jié)時(shí)適當(dāng)控制氧化氣氛,使金屬鉻表面生成一層Cr203這層Cr2O3和Al2O3是異晶同構(gòu)的,極易形成固溶體而產(chǎn)生牢固的結(jié)合。又如Fe、Co、Ni和Al2O3反應(yīng)可生成尖晶石相,即(Fe、Ni、C0)O•Al2O3也有利于結(jié)合。
金屬相和陶瓷相之間一定的反應(yīng)是允許的,有時(shí)還是有利的。但如果反應(yīng)劇烈,金屬相變成為金屬化合物相。結(jié)果,金屬相的量大大減少,甚至不復(fù)存在,整個(gè)復(fù)合體變成幾種化合物的聚集體,也就不成為金屬陶瓷了。例如,CrB2和金屬Ni,在高溫下可發(fā)生如下反應(yīng):2CrB2+Ni=Cr2NiB4
又如。MoSi:陶瓷中也很難添加金屬制成金屬陶瓷來(lái)改善其脆性。因?yàn)樗c在金屬陶瓷中常用的那些金屬會(huì)發(fā)生反應(yīng)生成復(fù)雜的硅化物。
金屬相和陶瓷相的熱脹系數(shù)應(yīng)盡可能接近。對(duì)于單一材料來(lái)說(shuō),熱脹系數(shù)愈小,抗熱震性愈好。但對(duì)金屬陶瓷來(lái)說(shuō),除考慮整體熱脹系數(shù)之外,還要考慮組元材料熱脹系數(shù)的差別。這種差別如果太大,便會(huì)使材料在急冷急熱的使用條件下產(chǎn)生巨大的熱應(yīng)力,甚至使材料產(chǎn)生裂紋或斷裂。
為了獲得良好的顯微結(jié)構(gòu),金屬相和陶瓷相的量應(yīng)有適當(dāng)?shù)囊蟆=饘偬沾傻睦硐腼@微結(jié)構(gòu)往往是隨著用途的不同有很大的差異。但從獲得最好的力學(xué)性能出發(fā),最理想的結(jié)構(gòu)應(yīng)該是:細(xì)顆粒的陶瓷相均勻分布于金屬相中,金屬相以連續(xù)的薄膜狀態(tài)存在,將陶瓷顆粒包裹。根據(jù)這一要求陶瓷相的量應(yīng)15%~85%是有理由的。
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金屬相與陶瓷相之間應(yīng)有一定的溶解度,但無(wú)劇烈的化學(xué)反應(yīng)。一定的溶解度有助于粘結(jié)相和非金屬相之間的牢同結(jié)合,這一點(diǎn)被認(rèn)為是C0一WC合金獲得高強(qiáng)度的重要原因。為了獲得一定程度的互溶或單向溶解,添加另一組元和控制工藝也是方法之一。例如cr—Al2O3體系,如果在燒結(jié)時(shí)適當(dāng)控制氧化氣氛,使金屬鉻表面生成一層Cr203這層Cr2O3和Al2O3是異晶同構(gòu)的,極易形成固溶體而產(chǎn)生牢固的結(jié)合。又如Fe、Co、Ni和Al2O3反應(yīng)可生成尖晶石相,即(Fe、Ni、C0)O•Al2O3也有利于結(jié)合。
金屬相和陶瓷相之間一定的反應(yīng)是允許的,有時(shí)還是有利的。但如果反應(yīng)劇烈,金屬相變成為金屬化合物相。結(jié)果,金屬相的量大大減少,甚至不復(fù)存在,整個(gè)復(fù)合體變成幾種化合物的聚集體,也就不成為金屬陶瓷了。例如,CrB2和金屬Ni,在高溫下可發(fā)生如下反應(yīng):2CrB2+Ni=Cr2NiB4
又如。MoSi:陶瓷中也很難添加金屬制成金屬陶瓷來(lái)改善其脆性。因?yàn)樗c在金屬陶瓷中常用的那些金屬會(huì)發(fā)生反應(yīng)生成復(fù)雜的硅化物。
金屬相和陶瓷相的熱脹系數(shù)應(yīng)盡可能接近。對(duì)于單一材料來(lái)說(shuō),熱脹系數(shù)愈小,抗熱震性愈好。但對(duì)金屬陶瓷來(lái)說(shuō),除考慮整體熱脹系數(shù)之外,還要考慮組元材料熱脹系數(shù)的差別。這種差別如果太大,便會(huì)使材料在急冷急熱的使用條件下產(chǎn)生巨大的熱應(yīng)力,甚至使材料產(chǎn)生裂紋或斷裂。
為了獲得良好的顯微結(jié)構(gòu),金屬相和陶瓷相的量應(yīng)有適當(dāng)?shù)囊蟆=饘偬沾傻睦硐腼@微結(jié)構(gòu)往往是隨著用途的不同有很大的差異。但從獲得最好的力學(xué)性能出發(fā),最理想的結(jié)構(gòu)應(yīng)該是:細(xì)顆粒的陶瓷相均勻分布于金屬相中,金屬相以連續(xù)的薄膜狀態(tài)存在,將陶瓷顆粒包裹。根據(jù)這一要求陶瓷相的量應(yīng)15%~85%是有理由的。
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地址:http://m.sreenarayanakendra.org/bangzhu/157.html
本文“金屬陶瓷如何獲得互溶或單向溶解”由科眾陶瓷編輯整理,修訂時(shí)間:2021-10-15 15:29:21
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