碳化钛基金属陶瓷主要制备方法
第２４卷第１期 Ｖｏ１．２４Ｎｏ．１ 贺 州 学 院 学 报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＥＺｔｔＯＵ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ２００８年３月 Ｍａｒ．２ｏ０８
碳化钛基金属陶瓷主要制备方法
胡正西
（贺州学院‘物理与电子信息工程系，广西 贺州 ５４２８００）
［摘要］碳化钛金属陶瓷具有优良的物理化学性能，在复合材料中应用广泛而备受关注，文章介绍了
碳化钛金属陶瓷的性能特点，并综述了碳化钛金属陶瓷常见制备方法及特点。。
［关键词］碳化钛陶瓷；性能；制备方法
［中图分类号］ＴＢ３３１［文献标识￣－ｑ］Ａ［文章编号］１６７３—８８６１（２００８）０１—０１４０—０５
１．前言
碳化钛具有高熔点、高硬度和高弹性模量，良好
的抗热震性和化学稳定性，高温抗氧化性能仅低于
碳化硅。碳化钛是硬质合金的重要原料，因此在结构
材料中作为硬质相而被广泛用于制作耐磨材料、切
削刀具材料、机械零件等，还可制作熔炼锡、铅、锡、
锌等金属的坩锅，透明碳化钛陶瓷是优良的光学材
料。碳化钛优良的耐热冲击性能，使它适合于在中性
或还原性气氛中用作特殊的耐火材料。
ＴｉＣ是过渡族金属元素Ｔｉ和非金属元素Ｃ共价
化合物，为面心立方品格（ＮａＣＩ型），八面体结构。其
品格常数为０．４３１９ｎｍ，密度为４．９３—４．９０ｇ／ｃｍ３。
ＴｉＣ陶瓷属于超硬材料，不仅硬度高，耐磨性好，摩
擦系数低，还具有较高的红硬性，化学稳定性和良好
的导热性与热稳定性。具有极其广泛实际应用价值。
如用于制造切削刀具材料、装甲材料、堆焊耐磨焊条
等。
但ＴｉＣ陶瓷本身质脆，无法直接作为工程构件
使用，在复合材料也往往作为增强相…Ｉ，因此较多
地作为涂层在材料领域中应用并受到广泛重视。
ＴｉＣ基金属陶瓷就是很好的实例。
ＴｉＣ基金属陶瓷，是一种由金属或合金同ＴｉＣ
陶瓷相所组成的非均质的复合材料，它既保持有
ＴｉＣ陶瓷的高强度、高硬度、耐磨损、耐高温、抗氧化
和化学稳定性等特性，又有较好的金属韧性，正是由
于这些优良的物理化学性能使得碳化钛基金属陶瓷
备受关注。 ２．常见ＴｉＣ陶瓷的制备技术
ＴｉＣ基金属陶瓷材料具有特殊的优异性能，被
认为是具有很大实用价值的先进材料，人们对它的
研究也在不断深入，经过３０多年的发展，已经开发
许多制备工艺，每种方法各有不同的优缺点，可以依
据不同的应用要求、价格因素等选择不同的加工方
法。
２．１原位合成法
原位合成法是材料中的第二相或复合材料中的
增强相生成于材料的形成过程中，即不是在材料制
备之前就有的，而是在材料制备过程中原位就地产
生；由于第二相增强颗粒原位合成，界面没有污染，
第二相分布均匀可以避免传统粉末冶金工艺和熔炼
工艺所遇到的难题。随着原位复合技术的发展，其应
用己拓宽到了金属基和陶瓷基材料中。邹正光等［２］
用原位碳热还原法制备了ＴｉＣ／Ｆｅ复合材料。这一方
法是以天然矿物钛铁矿（ＦｅＴｉＯ３）、石墨（ｃ）为原料，
其工艺特点是实现合成与烧结一体化，对于低成本
合成高性能ＴｉＣ／Ｆｅ复合材料做了非常有益的探索。
另有文献 【 】还研究了在大气条件下原位合成
Ｔｉｃ／Ｆｅ复合材料。文献［５］的研究发现在４００＂Ｃ、
ＩＯＯＭＰａ、真空度为０．Ｏ００１３Ｐａ、压缩５ｈ条件下，
ＴｉＣ／Ａ１复合材料表现出良好的高温持久强度，并且
在９０℃以下ＴｉＣ无相变发生，进一步证明原位
ＴｉＣ／Ａ１复合材料具有良好的热稳定性。研究表明，
Ｔｉ／ＭｇＥ ＴＩＣ／（］ｕ［６］［ Ｆｅ—Ｃｒ—Ｎｉ／ＴｉＣｐ［８］等ＴｉＣ
基金属陶瓷都可以采用原位合成技术制备。
［收稿日期］２００８—０１—１０
［作者简介］胡正西（１９７６一），湖南永州人，广东＿ｒ－．．１ｋ大学在读博士，助教，主要研究方向：材料加工工程
１４０·－－
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２．２ 熔铸法
熔铸法在制备复合材料方面具有工艺简单、灵
活、成本低廉和容易制造复杂构件等特点。虽然钛和
增强体在液相有高反应活性和润湿性不是很好，但
是国内研究人员还是在这方面进行了一些有益的探
索。金云学等［９］和李俊刚等［１０］采用熔铸法分别制
备了ＴｉＣ ｐ／Ｔｉ复合材料和ＴｉＣ／Ｉ＇ｉ—ｘＹ复合材料。
马建国等［１１Ｊ贝０用电渣熔铸的方法制备了３％的ＴｉＣ
颗粒增强轴承钢复合材料，对其组织性能进行了初
步的探索，发现该复合材料的孔隙小、致密度高；
ＴｉＣ颗粒较为均匀地分布在基体中，并保留了原始
的形态，在品界处形成了Ｆｅ３Ｃ化合物；复合材料的
耐磨性比基体材料有明显提高。
２．３粉末冶金法
粉末冶金技术是首先将增强体和基体粉末混合
均匀，然后对混合粉末进行真空除气，再经过压型、
烧结、冷、热等静压等工序而制成。袁宏辉等ｌｌ Ｊ研究
了在低压烧结工艺下所制备的碳化钛基金属陶瓷性
能，发现低压烧结ＴｉＣ基金属陶瓷的抗弯强度、硬度
可得到提高，其切削性能也比普通真空烧结有明显
提高。王翔等［ｎ］制备了Ｆｅ—ＴｉＣ Ｐ复合材料并发现
通过淬火处理后能显著提高Ｆｅ基ＴｉＣ Ｐ复合材料的
硬度及耐磨性。粉末冶金法在实际应用中常常和原
位合成法相结合来制备性能优良的复合材料。王一
三等 角新的铸造烧结技术，在铸钢件表面实现快
速液相烧结，原位生成了厚度为３ｍｍ的ＴｉＣ颗粒增
强铁基表面复合材料层；研究发现复合材料在重载
干滑动摩擦条件下，具有很好的耐磨性。
２．４机械合金化法
机械合金化法实际上是一种高能球磨技术。高
能球磨的机械力既可以是粉碎和研磨固体过程中的
冲击和研磨作用力，也可以是液体和气体的冲击波
产生的压力，还可以是一般的压力和摩擦力等，品体
在粉磨过程产生的机械力作用下，不但使品粒尺寸
由大变小，比表面积增大，而且由于剧烈的碰撞，研
磨等作用，使品体的结构发生了变化，主要包括品格
的畸变，品粒的非品化和品型转变等Ｈ ５ｌ，正是在这
些机械力的诱发和作用下使被球磨的粉末发生物理
化学变化生成新的复合材料。机械合金化和原位合
成技术结合可以制备纳米级粒度的粉体。夏冬生
等【１６Ｊ用机械合金化原位合成法得到了５０ｎｍ以下
的Ｎｉ （Ｃｏ）一ＴｉＣ粉末。
２．５化学气相沉积
化学气相沉积（ＣＶＤ）是借助空间气相化学反
应在基材表面上沉积固态薄膜涂层的工艺技术。由 于化学气相沉积整个反应建立在热力学基础上，
ＣＶＤ膜具有附着性和绕镀性良好、膜层致密、膜基
结合强度高等优点，可实现ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＢＮ
等单层及多元多层复合涂层［＂】［１８］。但ＣＶＤ工艺处
理温度高，通常ＣＶＤ温度在９００～１２００＇１２，高温使
钢基体发生软化，处理后需重新真空淬火，不仅使工
艺复杂，也使工件容易变形，易造成基体材料抗弯强
度的下降，主要用于硬质合金刀具和模具。同时，
ＣＶＤ制备过程中会产生有害的废气、废液，会造成
工业污染，对环境影响较大，与目前所提倡的绿色工
业相抵触，因而限制了其推广使用。
２．６物理气相沉积
物理气相沉积（ＰⅧ）是利用热蒸发、溅射或辉
光放电、弧光放电等物理过程，在基材表面沉积所需
涂层的技术。它主要包括蒸发镀膜、溅射镀膜技术和
离子镀膜技术等。其中溅射镀膜和离子镀是目前较
普遍采用的制备陶瓷涂层的ＰＶＤ技术。溅射镀膜是
基于离子轰击靶材时的溅射效应，其基本原理是：通
过辉光放电加热工件，源极的合金元素在离子轰击
下被溅射出来，高速飞向工件表面，被工件表面吸
附，借助于扩散过程进入工件表面，从而形成渗入元
素的合金层。离子镀是在真空条件下利用气体放电
使气体或被蒸发物部分离化，产生离子轰击效应，最
终将蒸发物或反应物沉积在基片上。与ＣＶＤ相比，
ＰＶＤ可谓是绿色薄膜制备技术，不存在污染问题，
而且处理温度可降至６００＇１２以下，减少对工件的热
影响。如用ＰＶＤ涂覆的活塞环表面ＴｉＮ涂层、ＣｒＮ
涂层是氮化处理耐磨性的６～７倍 沉积温度的
降低也使沉积的膜层结合强度低于ＣＶＤ膜层。制备
的膜层往往存在残余压应力，而且异常高，膜层易于
脆性开裂和剥落；加之ＰＶＤ属视线性处理，附着性
和绕镀性差，处理过程中工件须转动或摆动，增加了
真空室的设计难度和无效镀膜等问题。为进一步提
高离化率，增加膜与基体的结合力，近年来开展了
磁控溅射，非平衡磁控，脉冲偏压磁控等技术的研究
应用。目前ＰＶＤ技术也多用于刀具表面处理上。
２．７ 热喷涂
热喷涂技术是通过火焰、电弧或等离子体等热
源，将某种线状或粉末状的材料加热至熔化或半熔
化状态，并加速形成高速熔滴，喷向基体在其上形成
涂层，可以对材料表面性能（如耐磨损性、耐腐蚀性、
耐高温隔热性等）进行强化或再生，起到保护作用，
并能对因磨损腐蚀或加工超差引起的零件尺寸减小
进行恢复。热喷涂技术主要包括等离子喷涂、电弧喷
涂、火焰喷涂技术［２０Ｊ。
１４１－－－－
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等离子弧喷涂是以等离子弧为热源喷涂，等离
子弧的高温可使气体流中所携带的高熔点陶瓷粉末
迅速地软化，并以高速动能喷射到金属基体上，使被
喷涂的表层陶瓷与金属基材间获得初步的结合力。
电弧喷涂是以电弧为热源，将熔化的金属丝高速喷
射到工件表面形成涂层的一种工艺。氧乙炔火焰喷
涂法是以氧和乙炔气体火焰作为热源，将喷涂材料
加热到热塑性状态，并以高速喷射到经过预处理的
基体表面上，从而形成具有一定性能涂层的工艺。
近年来随着传统电弧喷涂技术的不断完善，又
涌现出了高速电弧喷涂（ＨＶＡＳ）、超音速火焰喷涂
等工艺，改善了膜层的性能，但是由于热喷涂自身的
工艺特点，决定了它的膜层与基体问为物理结合，结
合力较低，同时空隙率高，均匀性差表面粗糙等问题
的存在，使其应用受限。
２．８ 自蔓延高温合成
自蔓延高温合成法（ＳＨＳ）是利用金属热还原氧
化物的原理，点燃预先配好的粉料并利用原料自身
燃烧反应放出的热量使化学反应过程自发地持续进
行，进而获得具有指定成分和结构产物的一种新型
材料合成手段。自蔓延高温合成涂层包括Ａｌ２（）３、
ＭｏＢ２、Ａ１，０３一ＴｉＣ等多种涂层，具有工艺简单、节
省能源和生产成本低等特点，已应用于石油、矿山、
冶金等工业领域用［２ｌ儿 引。
２．９ 高密度能量束涂覆
高密度能量束包括激光束、离子束、电子束，用
高密度能量束对材料表面进行改性和涂覆。由于这
些束流具有光特征，可采用聚光镜聚焦成高密度能
量束流，它可使被照射的区域在瞬间达到很高的温
度，亦可使陶瓷微粒熔化，从而可用来制取金属基陶
瓷复合材料。其中以等离子束熔覆和激光熔覆技术
应用较多 引。
等离子束熔覆技术是采用等离子束为热源，在
金属表面获得优异的耐磨耐蚀耐冲击等性能的表面
复合技术。其原理为：在等离子束流的高温下，金属
零件表面快速依次形成与弧斑直径尺寸相近的熔
池，将合金或陶瓷粉末同步送入弧柱或熔池中，粉末
被快速加热，呈熔化或半熔化状态与熔池金属混合
碳化钛催化剂
碳化钛催化剂
碳化钛催化剂是一种具有广泛应用的重要材料，它在许多领域都发挥着重要的作用。本文将介绍碳化钛催化剂的基本原理、制备方法以及其在不同领域的应用。
一、碳化钛催化剂的基本原理
碳化钛催化剂是指以钛（Ti）为主要成分，在高温下与碳源反应生成碳化钛（TiC）的材料。碳化钛具有良好的催化性能，其催化活性取决于其晶体结构、表面性质以及催化反应的特性。碳化钛催化剂具有高催化活性、稳定性和选择性，广泛应用于化学工业、石油化工、环保等领域。
二、碳化钛催化剂的制备方法
碳化钛催化剂的制备方法多种多样，常见的方法包括化学气相沉积法、固相反应法、气相热分解法等。其中，化学气相沉积法是制备碳化钛催化剂的主要方法之一。该方法通过在高温下将钛源与碳源反应，生成碳化钛颗粒。其优点是制备过程简单、操作方便，并可控制催化剂的形貌和尺寸。
三、碳化钛催化剂的应用领域
1.化学工业：碳化钛催化剂在化学工业中广泛应用于有机合成反应。例如，在氢化反应中，碳化钛催化剂可以提供活性位点，加速反应速率；在氧化反应中，碳化钛催化剂可以提供氧源，促进氧化反应的进行。
2.石油化工：碳化钛催化剂在石油化工中具有重要的应用价值。例如，在石油加氢反应中，碳化钛催化剂可以提高反应的选择性，降低副产物的生成；在石油裂化反应中，碳化钛催化剂可以提高石油转化率和产品收率。
3.环保领域：碳化钛催化剂在环保领域中具有广泛的应用前景。例如，在废气处理中，碳化钛催化剂可以催化气体中有害物质的转化，降低排放物的浓度；在废水处理中，碳化钛催化剂可以催化有机物的降解，提高废水处理效果。
四、碳化钛催化剂的发展趋势
随着科学技术的不断进步，碳化钛催化剂的制备方法和应用领域也在不断拓展。未来，碳化钛催化剂将更多地应用于新能源、新材料和环境保护等领域。同时，研究人员还将致力于提高碳化钛催化剂的活性和稳定性，以满足实际应用的需求。
碳化钛催化剂是一种具有广泛应用前景的重要材料。通过了解碳化钛催化剂的基本原理、制备方法和应用领域，我们可以更好地理解和利用碳化钛催化剂的特性，促进相关领域的发展和进步。相信在不久的将来，碳化钛催化剂将发挥更大的作用，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
碳化钛
宝鸡志峰钛业有限公司
钛棒、钛板、钛丝、钛管、钛盘管 碳化钛
钛的碳化物也很多，其中最重要的是TiC。
制取方法
熔化的金属钛(1800～2400℃)直接与碳反应生成TiC。一般在高温(1800℃以上)真空下用碳还原TiO2制取TiC，反应按式2—l07进行。
在高于1600℃下碳和氢(或CO十H2)的混合物与TiCl4反应也生成TiC：
TiCl4十2H2十C＝TiC十4HCl (2—182)
TiCl4十CO十3H2＝TiC十4HCl十H2O (2—183)
物理性质
TiC是一种具有金属光泽的钢灰色结晶，晶型构造为正方晶系，晶格常数a＝0．4329nm，20℃时密度为4．91 g/cm3。TiC具有很高的熔点和硬度，熔点为3l50℃士l0℃，沸点4300℃，升华热为l0．1 kJ/g，莫氏硬度为9．5，显微硬度为2．795GPa，它的硬度仅次于金刚石。TiC具有良好的传热性能和导电性能，随着温度升高其导电性降低，这说明TiC具有金属性质。它在1．1K时具有超导性。TiC是弱顺磁性物质。
化学性质
在常温下TiC是稳定的，在真空加热高于3000℃时会放出含钛量比TiC更多的蒸气。在氢气中加热高于1500℃时它便会慢慢脱碳。高于 1200℃时TiC与N2反应生成组成变化的Ti(C、N)化合物。致密的TiC在800℃时氧化很慢，但粉末状TiC在600℃时可在氧中燃烧：
TiC十2O2＝TiO2十CO2 (2—184) 宝鸡志峰钛业有限公司
钛棒、钛板、钛丝、钛管、钛盘管 TiC在400℃时可与氯反应生成TiCl4。TiC不溶于水，在高于700℃时与水蒸气反应生成TiO2：
2TiC十6H2O＝2TiO2十2CO十6H2 (2—185)
TiC不溶于盐酸，也不溶于沸腾的碱，但能溶于硝酸和王水中。
TiB2-M金属陶瓷材料及其涂层制备技术研究进展
匦 ｆＩＮＳｌ６ＨＴ
ＴｉＢ２ 金属陶瓷材料及其
涂层制备技术研究进展
■文／祝弘滨 章潇慧 刘佰博 曹 金
中车工业研究院有限公司
一、＝硼化钛（ＴｉＢ２）及ＴｉＢ２一Ｍ
金属陶瓷材料研究现状
与传统的氧化物陶瓷、碳化物陶
瓷及其复合材料相比，ＴｉＢ，同时具有
强的钛一硼（Ｔｉ—Ｂ）离子键和硼一硼
（Ｂ—Ｂ）共价键结合，这种复杂的键型
结构决定了它具有如下一些独特的物
理化学性能。
Ｏ．８
Ｏ．７ １．硬度高
ＴｉＢ，的莫氏硬度大于９，室温下显
微硬度高达２ ５００～３ ３００ｋｇｆ／ｍｍ ，仅
次于金刚石、立方氮化硼和碳化硼，即
使在６００￣Ｃ下仍可达ＮＨｖ８ＯＯ…。
２．ＴｉＢ：的化学稳定性好
由于其与铝（Ａ１）金属在高温
接触时具有极好的稳定性，一直以 来，ＴｉＢ，就被用于切ＮＡｌ材料的主要
刀具材料 ’ 。而Ｂ．Ｂａｓｕ等人也发现在
高温条件下ＴｉＢ，与Ｆｅ金属接触时比
碳化硅（ｓｉｃ）、氮化硅（Ｓｉ Ｎ ）等陶瓷更
不易发生粘着，表现出较好的摩擦学
性能 ｌ。Ｍ．Ｂｅｒｇｅｒ等人 曾对比了纯
ＴｉＢ，、ＴｉＮ等ＰＶＤ涂层与金属Ａｌ对磨
后的摩擦系数和磨损形貌，发现ＴｉＢ
——硼化钛
…氮化钛 一ｗｕ 氮化铝钛一
……氮碳化钛
＼……一 ………～．．．…… ． 二二 二二 一
…
． ／ ｔ０ ｌＩ＿一．－’’二Ｉ二。．
，一、＼． ，＼八 ｆ、／＼
正常负载／Ｎ
圜Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎｄｕｓｔｒｙ 图１各种ＰＶＤ涂层与Ａｌ对磨的摩擦曲线 ｍ
正常负载／Ｎ 涂层有更低的摩擦系数（图１）以及更
好的耐粘着磨损性能。
虽然ＴｉＢ，具有众多优良的性
能，但是也由于ＴｉＢ。高温韧性差，扩散
系数低，烧结性能差，使得纯ＴｉＢ，材料
的制备及应用受到限制。一直以来，众
多学者对ＴｉＢ 基复合烧结体进行了大
量研究，其中，由于金属粘结相可利
用其优异韧性和低熔点的特点来弥
￣ｂＴｉＢ 韧性差，不易烧结等方面的缺
碳化钛涂层工艺
碳化钛涂层工艺
碳化钛涂层工艺，听起来是不是有点高大上？其实啊，就像是给东西穿
上一层超级酷炫的铠甲。这层铠甲可不得了，它能让原本普通的材料变得超
级厉害。
咱先说说碳化钛这东西是啥。碳化钛啊，就像是一群特别坚强的小战士
组成的队伍。它的硬度那是相当高，高到啥程度呢？就好比金刚石是武林高
手，碳化钛啊，那也是能跟金刚石过过招的角色。这碳化钛涂层啊，就是把
这些小战士整整齐齐地排列在材料的表面，就像给材料表面安排了一群保镖
一样。
那这碳化钛涂层工艺是怎么个做法呢？这就像盖房子，得一步一步来。
首先得把要涂层的材料表面收拾得干干净净的，这就好比给土地平整好了才
能盖房子一样。要是表面不干净，就像在坑坑洼洼的地上盖房子，那房子能
盖得稳吗？肯定不行啊。这清理表面可讲究了，得用各种方法把上面的脏东
西、杂质都去掉，让表面像镜子一样光滑平整。
接下来就是涂层的过程了。这就像是给材料化妆，不过这个妆可是超级
持久又超级有用的。有一种方法就像是喷漆一样，把含有碳化钛的物质均匀
地喷到材料表面。这就要求喷的时候得特别小心，就像画家画画一样，手得
稳，喷得匀，不能这儿厚那儿薄的。要是喷得不均匀啊，就像人脸上的妆花
了一样，难看不说，还起不到应有的保护作用。
还有一种方法呢，就像是给材料做一件贴身的衣服，用物理或者化学的
方法，让碳化钛一层一层地长在材料表面。这就更考验技术了，就像裁缝做
衣服，得量体裁衣，做得刚刚好。要是哪一层没长好，就像衣服缝歪了一
样，整个涂层的质量就大打折扣了。
在做碳化钛涂层的时候，环境也很重要。这就好比人睡觉的时候需要一
个安静舒适的环境一样。如果环境不合适，比如说温度不对或者周围有太多
干扰的东西，那涂层的质量就像被风吹雨打的花朵一样，很容易就出问题。
温度高了或者低了，就像人在太热或者太冷的地方会不舒服一样，碳化钛涂
层也会长得不好。
这碳化钛涂层工艺做好了有啥好处呢？那可太多了。它能让材料变得更
加耐磨，就像给鞋子装上了铁掌一样，走再多的路也不怕磨坏。而且还能让
金属陶瓷
-1-
金属陶瓷材料
一、金属陶瓷的定义
材料是人类文明的里程碑，是人类赖以生存和得以发展的重要物质基础。正是材料的使用、发现和发明，才使人类在与自然界的斗争中，走出混沌蒙昧的时代，发展到科学技术高度发达的今天。当今世界，能源、信息、材料已成为人类现代文明进步的标志，继金属、有机高分子材料以后，金属陶瓷材料正以其卓越的性能、繁多的品种和广泛的用途进入各行各业，其发展之快，作用之大，令世人瞩目。金属陶瓷材料具有比强度高、比模量高、耐磨损、耐高温等优良性能，在众多场合已被作为新材料的代名词，成为现代高新技术、新兴产业和传统工业技术改造的物质基础，也是发展现代国防所不可缺少的重要部分，引起了世界各国尤其是发达国家的高度重视，纷纷投入巨资进行研究开发，把金属陶瓷材料作为本国高技术发展的一个重要领域。
图1 金属陶瓷复合材料性能图 TiC
碳化钛 Co/Ni
钴/镍
Mo2C/WC
碳化钼/碳化钨 硬度 耐磨性
烧结性 热冲击
硬度 TiN/Ti(C,N)
氮化钛/碳氮化钛 (Ta, Nb)C
碳化钽铌
金属
陶瓷 -2-
1、金属陶瓷的概念
金属陶瓷是由陶瓷硬质相与金属或合金粘结相组成的结构材料。从金属陶瓷英文单词Cermets来，是由Ceramic（陶瓷）和Metal（金属）结合构成的。金属陶瓷既保持了陶瓷的高强度、高硬度、耐磨损、耐高温、抗氧化和化学稳定性等特性，又具有较好的金属韧性和可塑性。由于“金属陶瓷”和“硬质合金”两个学科术语没有明确的分界，所以具体材料也很难划分界线，从材料的组元看，“硬质合金”应该归入“金属陶瓷”，IE. Campbell就将“硬质合金”归入到“金属陶瓷”。
2、金属陶瓷的历史
WC-Co基金属陶瓷作为研究最早的金属陶瓷，由于具有很高的硬度（HRA80~92），极高的抗压强度6000MPa（600kg/mm2），已经应用于许多领域。但是由于W和Co资源短缺，促使了无钨金属陶瓷的研制与开发，迄今已历经三代：第一代是“二战”期间，德国以Ni粘结TiC生产金属陶瓷；第二代是20世纪60年代美国福特汽车公司添加Mo到Ni粘结相中改善TiC和其他碳化物的润湿性，从而提高材料的韧性；第三代金属陶瓷则将氮化物引入合金的硬质相，改单一相为复合相。又通过添加Co相和其他元素改善了粘结相。近年来，金属陶瓷研制的另一个新方向是硼化物基金属陶瓷。由于硼化物陶瓷具有很高的硬度、熔点和优良的导电性，耐腐蚀性，从而使硼化物基金属陶瓷成为最有发展前途的金属陶瓷。
添加碳化钛对超细Ti(C,N)-Ni金属陶瓷显微结构和力学性能的影响
第３５卷第９期
２００７年９月 硅酸盐学报
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＴＨＥ ＣＨｎ、『ＥＳＥ ＣＥＩ ＡＭＩＣ ＳＯＣＩＥＴＹ Ｖｏ１．３５，Ｎｏ．９
Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，２００７
添加碳化钛对超细Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）－Ｎｉ金属陶瓷显微结构和力学性能的影响
陈文琳，刘 宁，晁 盛
（合肥工业大学材料科学与工程学院，合肥２３０００９）
摘要：用传统粉末冶金法制备了添加碳化钛（ＴｉＣ）的Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）基金属陶瓷。为了得到超细晶粒的显微结构，主要硬质相［Ｔｉ（Ｃ，Ｎ），ＴｉＣ和ＴＩＮ］的初始 粉末粒度为纳米、亚微米级。通过扫描电子显微镜观察，发现了一种新的白芯／灰壳结构，揭示了其形成机制。此外，通过能谱仪分析，获得了各相 的化学成分。用Ｘ射线衍射仪并通过计算得出了各相的点阵参数。对室温下该材料的力学性能进行了测试，并尝试把它们与金属陶瓷的原始成分和
显微结构的特点联系起来。
关键词：超细：微观结构；力学性能；碳化钛
中图分类号：ＴＧ１４８ 文献标识码：Ａ 文章编号：０４５４－５６４８（２００７）０９－－１２１０－０７
ＥＦＦＥＣＴ ＯＦ ＴＩＴＡＮＩＵＭ ＣＡＲＢＩＤＥ ＡＤＤＩＴＩＯＮ ＯＮ ＭＩＣＲＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＡＮＤ ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ
ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ ＯＦ ＵＬＴＲＡ—ＦＩＮＥ Ｔｉ（Ｃ，Ｎ卜Ｎｉ ＣＥＲＭＥＴ
ＣＨＥＮ Ｗｅｎｌｉｎ，ＬＩＵＮｉｎｇ，ＣＨＡＯ Ｓｈｅｎｇ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｆｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ ２３０００９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）一ｂａｓｅｄ ｃｅｒｍｅｔ ｗｉｔｈ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｃａｒｂｉｄｅ（ＴＩＣ）ａｄｄｉｔｉｖｅ ｗａｓ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｖ ｔｌｌｅ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｐｏｗｄｅｒ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ｔｅｃｈ— ｎｉｑｕｅ．Ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｐｏｗｄｅｒ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｈａｒｄ ｐｈａｓｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ［Ｔｉ（Ｃ，Ｎ），ＴｊＣ ａｎｄ ＴｉＮ１ ｗｅｒｅ ｎａｎｏ／ｓｕｂｍｉｃｒｏｎ．ｓｉｚｅｄ，ｉｎ
Ti(C,N)基金属陶瓷的研究进展
・４２０・ 材料导报 ２００６年５月第２Ｏ卷专辑Ⅵ
Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）基金属陶瓷的研究进展
邱小林
（华中科技大学模具技术国家重点实验室，武汉４３００７４）
摘要 介绍了Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）基金属陶瓷的晶体结构和高温力学性能，综述了其主要制备方法和研究进展，详细地
分析了其冶金机理和相结构特点，并讨论了环型相的形成机理及缺点，最后指出了Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）基金属陶瓷研究方向和
提高其性能的基本途径，并认为系统考虑其相平衡、粉末冶金机制和加工工艺是制备性能优良的Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）基金属陶
瓷刀具和涂层的关键。
关键词Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）金属陶瓷粉末冶金气相沉积环型相
Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）一ｂａｓｅｄ Ｃｅｒｍｅｔ
ＱＩＵ Ｘｉａｏｌｉｎ
（Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂ ｏｆ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｉｅ＆Ｍｏｕｌｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００７４）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｏｆ Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）－ｂａｓｅｄ ｃｅｒｍｅｔｓ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｔ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｒｅ ｉｎｔｒｏ—
ｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ａｄｖａｎｃｅｓ ｏｆ Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）～ｂａｓｅｄ ｃｅｒｍｅｔｓ ａｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅ ｍｅｔ－
ａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ，ｐｈａｓｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ ａｎｄ ｇｒｏｗｔｈ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ｃｏｒｅ－ｒｉｍ ｐｈａｓｅ ｉｎ ｔｈｅ ｃｅｒｍｅｔｓ ａｒｅ ｄｉｓ— ＣＵＳＳｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｉｔ ｉｓ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒ－
金属基复合材料的制备方法及发展现状
金属基复合材料的制备方法及发展现状
赵鹏鹏;谭建波
【摘 要】金属基复合材料具有较高的比强度和比刚度,广泛用于军事、航天等领域,其研究和发展受到了各行各业,尤其是重工业产业的密切关注.介绍了金属基复合材料的研究历史和发展现状,根据基体类型和增强相形态对其进行了分类.常见的金属基复合材料制备方法包括粉末冶金法、铸造凝固成型法(搅拌铸造法和挤压铸造法)、喷射成型法和原位复合法,重点介绍了粉末冶金法和铸造凝固成型法.指出了现阶段金属基复合材料发展需解决成本偏高、工艺复杂、分布不均匀、高温下易发生界面反应及偏聚等问题.%Due to their high specific strength and high specific
stiffness,metal matrix composites are widely used in
military,spaceflight,etc.,and the research and development of which has
been widely concentrated,especially in heavy industry.The research history
and development status of metal matrix composites are introduced,and
the classification of metal matrix composites is given according to the
types of the matrix and the morphology of the reinforcing phase.The
common methods for the preparation of metal matrix composites include
powder metallurgy,casting solidification molding (stir casting and squeeze
碳化钛的性能介绍
碳化钛的性能
碳化钛是典型的过渡金属碳化物。它键型是由离子键、共价键和金属键混合在同一晶体结构中，因些碳化钛具有许多独特的性能。晶体的结构决定了碳化钛具有高硬度、高熔点、耐磨损以及导电性等基本特征。碳化钛陶瓷是钛、锆、铬过渡金属碳化物中发展最广的材料。从碳化钛的粉体、块体到薄膜均进行了广泛的研究。在氧化铝硬质分散相组成的复相材料中，以氧化铝－碳化钛复相陶瓷的效果为好，碳化钛可以抑制烧结时氧化铝晶粒的长大，阻碍裂纹扩展；碳化钛与某些金属具有良好的润湿性，碳化钛陶瓷发展得较快，碳化钛是金属复合材料中的重要增强剂，它的产品在机械、电子、化工、环境保护、聚变反应堆、国防工业等许多领域得到广泛的应用。
合成碳化钛粉体最廉价的方法是利用二氧化钛和炭黑在惰性或还原气氛中高温（1700℃~2100℃）促成。但用这种方法合成的碳化钛成块状，合成后仍需球磨加工才能制成粉体，而且加工后的粉体粒度只能达到微米级。除此之外，碳化钛粉体的合成还有许多方法，如镁热还原法、高钛潭提取碳化法、直接碳化法、高温自蔓延合成法、反应球磨技术制备法、熔融金属浴中合成法、电火花熔蚀法等。
碳化钛及其复合材料作为特种陶瓷材料的一部分，正确地选择其烧结方法，是获得具有理想结构及预定性能的关键。如在通常的大气压下（无特殊气氛、常压下）烧结，无论怎样选择烧结条件，也很难获得无气孔或高强度的制品。因此碳化钛陶瓷及其复合材料通常不采用常压烧结的方法，而是采用热压烧结、热等静压烧结、1真空烧结、自蔓延高温烧结、微波烧结、放电等离子烧结、等离子体烧结等方法进行烧结。
作为20世纪80年代末才在世界范围兴起热潮的微波烧结陶瓷技术，省时节能且加热速度高达500℃/min,可使晶粒来不及长大而完成烧结，从而形成均匀微细的晶粒结构，成为最能实现纳米晶体结构陶瓷材料的烧结技术之一。
纳米材料作为材料研究的一个热点，从根本上改变了材料的结构，可望得到诸如高强度金属和合金、塑性陶瓷以及性能特异的纳米复合材料等新一代材料。纳米材料是指由极细颗粒组成、特征维度尺寸在纳米数量级（约100mm）的材料。由于极细的晶粒和大量处于晶界和晶粒内缺陷中心的原子，纳米材料在性能上与同组成的微米材料有着非常显著的差异，对材料的电学、热学、磁学、光学等性能产生重要的影响。因此，合成纳米碳化钛粉体有着重要的意义。
Ni-Si金属间化合物
Ni-Si金属间化合物/陶瓷复合材料的
制备技术及其研究发展现状和发展趋势*
江 涛 黄一丹
(西安石油大学材料科学与工程学院 西安 710065)
摘 要 Ni-Si金属间化合物具有很多优秀的性能,例如具有较高的力学性能、优秀的耐磨损性能和抗高温氧化性能等。Ni-Si金属间化合物包括Ni3Si、Ni2Si和NiSi,陶瓷材料也具有很多优秀的性能。陶瓷材料具有较高的力学性能,良好的
耐磨损性能和抗高温氧化性能,可以将Ni-Si金属间化合物与陶瓷相复合制备Ni-Si金属间化合物/陶瓷复合材料。Ni
-Si金属间化合物/陶瓷复合材料具有较高的力学性能和良好的耐磨损性能和抗高温氧化性能等。笔者首先叙述了Ni-
Si金属间化合物/陶瓷复合材料的制备技术、物相组成、显微结构、力学性能、耐磨损性能和抗高温氧化性能等,并叙述了Ni-Si金属间化合物/陶瓷复合材料的研究发展现状和发展趋势,并对Ni-Si金属间化合物/陶瓷复合材料的未来研究
发展趋势和发展方向进行分析和预测。
关键词 Ni-Si金属间化合物 陶瓷复合材料 制备技术 研究发展现状 发展趋势
中图分类号:TQ174.75 文献标识码:A 文章编号:1002-2872(2023)11-0050-05
FabricationTechnology,ResearchandDevelopmentStatusandDevelopmentTrendoftheNi-SiIntermetallicsCompounds/Ce-
ramicsMatrixCompositesJiangTao,HuangYidan(SchoolofMaterialsScienceandEngineering,Xi’anShiyouUniversity,Xi’an710065,Shaanxi,Chi-
na)
Abstract:TheNi-Siintermetallicscompoundsexhibitedmanyexcellentproperties,suchashighmechanicalproperty,ex-