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(wèn)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?。金屬陶瓷的理想顯微結(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?。金屬陶瓷的理想顯微結(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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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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