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速看!收藏,金屬-陶瓷復合材料已開始搶占市場。

新聞資訊

速看!收藏,金屬-陶瓷復合材料已開始搶占市場。

【摘要】:
近年來超細粉體特別是納米級超細粉體以其奇特的小尺寸效應、表面與界面效應、量子尺寸效應日益受到人們的重視,同時人們通過試驗研究,發現將2種或2種以上的粉體顆粒經表面包覆或復合處理后可以得到高性能復合材料,往往除了具有單一粉體所具有的性能外,還具有復合協同多功能,改變單一粒子表面性質,增大2種或多種組分的接觸面積等作用。其中金屬是指通過在陶瓷顆粒表面包覆一層金屬形成的復合陶瓷粉體,它兼有金屬包覆層和陶

近年來超細粉體特別是納米級超細粉體以其奇特的小尺寸效應、表面與界面效應、量子尺寸效應日益受到人們的重視,同時人們通過試驗研究,發現將2種或2種以上的粉體顆粒經表面包覆或復合處理后可以得到低溫封接高性能復合材料,往往除了具有單一粉體所具有的性能外,還具有復合協同多功能,改變單一粒子表面性質,增大2種或多種組分的接觸面積等作用。

其中金屬是指通過在陶瓷顆粒表面包覆一層金屬形成的復合陶瓷粉體,它兼有金屬包覆層和陶瓷芯核的性能,可以達到單個顆粒間的均勻混合。

其制成的燒結體或復合材料具備以下特性:(1)提高粉體陶瓷與金屬的界面結合力,提高燒結體中陶瓷與金屬分布的均勻性;(2)可實現多層次多機制復合強化(細晶粒強化,相變強化,纖維補強等),制備高強韌化水平的金屬復合陶瓷;(3)可制備低密度的功能粉體材料(如低密度導電粉體、磁性粉體等)。

常用的金屬-陶瓷復合粉體由氧化物(如Al2O3、ZrO2、SiO2)、碳化物(如WC、TiC、SiC)、等與金屬組成,由于其優異的復合特性,可滿足許多領域的特殊要求,近年來已成為復合材料(低溫玻璃粉)研究的一項熱點。

工業上一般采用金屬包覆技術制備金屬-陶瓷復合粉體,制備方法通常有以下幾種:機械混合、高能球磨、自蔓延高溫合成、原位反應、溶膠等。

(金屬-陶瓷復合粉末)

1)機械混合法

機械混合法是最早應用于復合粉體制備的方法,該技術操作簡便、工藝簡單,已經有成套的設備用于工業化生產,產量較大、成本低廉,所以某些復合粉體的制備依然采用機械混合法。但是,由于粉體的粒徑和表面特性各異,摻雜組元易于偏聚,容易導致成分和組織不均勻,得到的粉體顆粒尺寸較大,很難獲得增強體顆粒的均勻分布,不適用于對功能性要求較高的復合粉體制備。

 

機械混合法在國內廣泛應用于制備ZnO壓敏復合瓷粉。

2)高能球磨法

高能球磨法是機械合金技術研究中的新進展,它將兩種以上的金屬或非金屬粉體的混合物,通過高能球磨,最終形成具有微細組織結構的合金或復合陶瓷粉體。與傳統機械混合法相比,它具有明顯降低反應活化能、改善顆粒分布均勻性及增強體與基體之間界面結合等優點。但高能球磨制備復合陶瓷粉體是一個復雜的材料反應和結構控制過程,影響因素眾多,工藝要求比較嚴格。

3)自蔓延高溫合成

自蔓延高溫合成技術(SHS)是在一定的氣氛中點燃粉體壓坯,產生化學反應,反應放出的生成熱使得溫度驟然升高而引發鄰近物料新的化學反應,化學反應以燃燒波的形式蔓延通過整個反應物,燃燒波推行前移時反應物轉變為生成物。自蔓延高溫合成技術具有許多優點:生產過程簡單,投資少,能量利用充分,反應迅速(0.1~15 cm/s)。合成反應溫度一般都很高,可以使大多數雜質揮發而得到高純產品。

SHS法存在的主要缺點是不能嚴格控制其反應過程和產品性能,不易獲得高密度產品。此外SHS法所用原料往往是可燃、易爆或有毒物質,需要采取特殊的安全措施。

4)溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠技術(Sol-Gel)技術是60年代發展起來的一種制備玻璃、陶瓷等無機材料的新工藝。近年來許多人用此法來制備納米材料,它的基本原理是利用金屬醇鹽或無機鹽水解形成溶膠,再使它成為凝膠,經干燥、灼燒制得納米微粒。

這種方法工藝較為復雜,原料價格比較昂貴,有些原料為有機物,對健康有害;其次通常整個溶膠-凝膠過程所需時間較長,且凝膠中存在大量微孔,在干燥過程中又將會逸出許多氣體及有機物,并產生收縮,損耗大,制備成本較高。

5)化學鍍法

化學鍍是制備金屬-陶瓷復合粉體的先進方法,這種方法在玻璃、陶瓷、塑料或金屬表面等各類粉體材料表面均能獲得均勻的金屬鍍層,其反應機理是基于在溶液中可控的自催化氧化還原反應,無須提供電流,對基體沒有形狀限制。因此,它作為制備金屬復合粉體的新方法吸引了人們的廣泛重視。經研究發現化學鍍制備的金屬-陶瓷復合材料的韌性更高,且分散性較好,表面包覆更均勻。

                                金屬-復合陶瓷的應用領域  

    金屬-復合陶瓷粉體的產品應用領域包括陶瓷刀具、電觸頭、導電漿料、橡膠填料以及汽車零部件制造用材料。金屬-復合陶瓷粉體極具潛力,其應用遠不止市場上現有的產品,廣泛應用于軍事、航空、航天、化工、醫藥等領域。

金屬-陶瓷復合粉體經燒結(包括無壓燒結、熱壓燒結、熱等靜壓燒結等)制備高性能金屬陶瓷,相比單一陶瓷粉體燒結,具有如下特性:燒結溫度大大降低,熔融或半熔化狀態的金屬相均勻分布于陶瓷顆粒之間,抑制陶瓷晶粒長大,阻止氣相或玻璃相生成。燒結體中金屬相呈連續分布,陶瓷顆粒交錯其中,改善陶瓷相界面結合狀態,提高其界面結合強度,并可很好地發揮金屬的塑性和韌性,改善燒結體受載荷時應力狀態,從而有效提高了金屬陶瓷燒結體的強度與斷裂韌性。

 (陶瓷顆粒增強金屬基復合材料)

將高硬度的耐磨陶瓷顆粒與金屬材料復合,把陶瓷顆粒的高硬度、高耐磨性同金屬基體材料的韌性相結合,在耐磨件的工作表面形成一定厚度的陶瓷金屬復合層,以復合層承受磨損,金屬基體起承載作用。這種局部復合的方式既能提高耐磨件的耐磨性,又能保證其整體韌性。      

 常見用于制備顆粒增強金屬基復合材料的顆粒有WC、TiC、Al2O3、ZTA(氧化鋯增韌氧化鋁)陶瓷顆粒。其中ZTA陶瓷顆粒硬度、韌性、成本都有著極大的優勢,現已廣泛應用在陶瓷金屬復合方錘、板錘、甩錘、磨輥等產品上。

熱噴涂粉體)

熱噴涂材料主要用于高溫部件的腐蝕、氧化和磨損防護,但是單一陶瓷涂層具有較多孔隙、斷裂韌性較差,且與金屬基體材料的熱膨脹系數相差較大,其應用受到很大限制。因此,近年來,采用金屬-陶瓷復合粉體作為熱噴涂技術用噴涂材料的研究得到廣泛關注。

特殊功能材料)

SiC和空心玻璃微珠表面化學鍍鎳改性,可實現材料的微觀層復合,改善SiC本身的吸波能力,并使空心玻璃微珠具有良好的吸波性能。在亞微米級、納米級的無機顆粒上鍍覆貴金屬,由于基體表面吸附貴金屬顆粒的納米尺寸結構,使得整個復合粉體具備了特殊的光學、電學等性能。

目前應用得最廣泛的還是用于制備金屬陶瓷,如在航空航天領域中,飛行器的許多部位需要采用耐高溫、抗磨損、強度高的材料,已逐漸替換成金屬陶瓷,金屬陶瓷制成的切削刀具在加工制造領域也極受歡迎,再比如相對于普通耐火材料,金屬陶瓷的熱震性更高,可用于高溫設備元件等等。

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