Ti(C,N)基金属陶瓷的发展现状及趋势

介绍了Ti(C，N)基金属陶瓷的基本组成和结构，综述了Ti(C，N)基金属陶瓷的显微组织、添加成分和制备工艺的研究进展，指出了Ti(C，N)基金属陶瓷的应用和发展方向。     

Ti(C,N)基金属陶瓷功能梯度材料的制备

介绍了Ti(C,N)基金属陶瓷功能梯度材料的主要制备技术，即真空烧结后氮化处理和直接在N2气氛中烧结；对两种技术所制得的金属陶瓷的成分分布，表层及过渡层的组织和性能特点进行了总结；并结合热力学计算结果，论述了其显微组织的形成机理；最后对今后的研究方向提出了建议。     

亚微米级Ti(C,N)基金属陶瓷的显微组织和力学性能

以亚微米级的粉末为原料制备Ti（C,N）基金属陶瓷,通过透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDX）等方法研究其在烧结过程中的组织结构变化规律及特点,并探讨烧结工艺参数对金属陶瓷力学性能的影响。结果表明,随着烧结温度升高,Ti（C,N）基金属陶瓷的组织更均匀,硬质颗粒逐渐球化,表面的Rim相更完整。Rim相分为两层,里层Rim相的Mo、W含量比外层Rim相高,里层Rim相是在固相烧结阶段形成的,外层Rim相是在液相烧结阶段形成的。Rim相的形成及晶粒长大都是通过溶解-析出机制进行的。在1 410℃下保温60 min,可获得较佳的力学性能,抗弯强度达2 266 MPa,硬度为HRA 90.6。     

SiC晶须增韧Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料的研究

主要研究了不同的SiC晶须(简称SiCw)加入量和真空烧结温度对Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料性能的影响,并对SiCw的增韧机理进行了探讨.结果表明:在SiCw的质量分数为15%、真空烧结温度为1470℃时,SiCw增韧Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料的综合力学性能最佳;材料中存在裂纹偏转、裂纹桥接和晶须拔出等增韧机理.     

废Ti(C,N)基金属陶瓷中金属材料的回收工艺

Ti(C,N)基金属陶瓷应用较广,便于收集。采用无机酸溶解法处理废Ti(C,N)基金属陶瓷,结合焙烧、沉淀、结晶、氢还原等方法,分离和纯化合金组元,制取金属材料及化学试剂。     

Ti(C,N)基金属陶瓷增韧方法的研究现状及展望

综述了近年来提高Ti(C,N)基金属陶瓷韧性、改善其综合性能采用的自增韧、颗粒增韧及晶须增韧等方法的研究进展,并阐述了相关增韧机理,简述了金属陶瓷材料增韧技术存在的问题以及今后的发展方向。     

原始粉末尺寸对Ti(C,N)基金属陶瓷烧结特性和组织结构的影响

用热分析仪、扫描电镜和透射电镜对主要硬质相分别以亚微粉、亚微粉与纳米粉的混合粉(以下简称混合粉)、纳米粉为原料制成的Ti(C，N)基金属陶瓷的烧结特性、组织结构和性能进行了研究。结果表明：主要硬质相TiC、TiN的粉末粒度越细，金属陶瓷的液相点越低，并且其快速致密化过程开始得越早，但主要硬质相全为纳米粉时，最终无法使其达到较高的致密度。用亚微粉制得的金属陶瓷具有常规金属陶瓷的典型结构，即“黑芯--白壳”。用纳米混合粉制得的金属陶瓷，没有明显Rim相的小颗粒和具有“白芯--黑壳”结构的小颗粒的数量大大增加，而具有“黑芯--白壳”结构的大颗粒的数量没有明显的增加。部分纳米粉的加入使金属陶瓷的综合力学性能得到了较大的提高。     

碳纳米管对低Ni含量Ti(C,N)基金属陶瓷组织与性能的影响

为了探讨碳纳米管对Ti(C,N)基金属陶瓷性能的影响,添加不同质量分数的碳纳米管作为增强相,采用粉末冶金法制备Ti(C,N)基金属陶瓷材料.通过对材料的显微组织分析,抗弯、硬度等力学性能的测试,研究了碳纳米管含量对Ti(C,N)基金属陶瓷的组织和性能的影响.结果表明:添加碳纳米管后,低Ni含量的金属陶瓷材料的组织结构为典型的芯-壳结构,由黑色芯部、具有明显包覆层的组织,白色芯部、包覆层不明显的组织,粘结相组成;相同烧结温度下,添加≤1％(质量分数)的CNTs时,随碳纳米管含量增多,材料抗弯强度下降;添加Ni包覆的碳纳米管的金属陶瓷材料的性能比添加未做过表面处理的碳纳米管的材料性能好.     

Ti(C,N)基金属陶瓷抗弯强度的Weibull分析

作为金属切削工具材料,Ti(C,N)基金属陶瓷强韧性的可靠性是制约其推广应用的主要因素。由于Ti(C,N)基金属陶瓷比WC基硬质合金脆性更大,其强韧性对内外缺陷更敏感,抗弯强度分散性更大,使用时,极易出现突然断裂,失效可预测性低。本文采用Weibull统计强度理论以及双样本t检验的方法对工业化批量生产的Ti(C,N)基金属陶瓷的抗弯强度(TRS)的可靠性及其主要影响因素进行分析。结果显示,物料批次、烧结炉次(烧结气氛)对抗弯强度的分散性有显著影响。同物料批次、同炉次烧结的Ti(C,N)基金属陶瓷样本的抗弯强度具有较大的Weibull模数,最高可达m=41.64,而多物料批次、多炉次烧结样本的抗弯强度的分散性较大,Weibull模数约为10~15,特征强度约为(2350±150)MPa。抗弯强度的Weibull分布还受到样品尺寸的影响,小尺寸样品的特征强度更大,但Weibull模数更小。     

原始成分组成对Ti(C,N)基金属陶瓷烧结性能的影响

采用真空烧结工艺制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,研究了原始成分组成对材料烧结特性和力学性能的影响规律。结果表明:保持Mo/(Mo+Ni)为定值,随着硬质相成分的增加,烧结体抗弯强度降低,硬度增加;硬质相成分TiN含量超过一定阈值时,烧结体疏松导致硬度和抗弯强度同时大幅下降;TiN含量保持定值,硬质相成分含量增加,烧结体硬度增加,抗弯强度下降;粘结相成分用Co部分替代Ni,随Co含量的增加,烧结体硬度略有升高的基础上抗弯强度升高。     

Ti(C,N)基金属陶瓷中过渡族金属碳化物添加剂的研究进展

简述了Ti（C，N）金属陶瓷的典型结构，着重介绍了过渡族金属碳化物添加剂（如纳米TiC／TiN、MozC、WC、TaC、NbC、VC、Cr3C2等）对Ti（C，N）金属陶瓷材料微观结构和力学性能的影响。指出通过合理添加金属碳化物添加剂，可望制备出综合性能优异的Ti（C，N）金属陶瓷。     

Ti(C,N)基金属陶瓷刀片的性能

阐述了两种Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）基金属陶瓷刀具的研制过程。通过对材料的力学性能、耐磨性能、抗冲击性能和显微结构的比较试验，研制成功一种具有应用价值的Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）硬质刀具。     

粘结相成分对Ti(C,N)基金属陶瓷组织及性能的影响

研究了以Co或Cr部分或全部代替Ni对TiC-TiN-WC-Mo-20%粘结相体系Ti(C,N)基金属陶瓷组织性能的影响。结果表明:以Co或Cr部分或全部代替Ni不会从根本上改变Ti(C,N)基金属陶瓷的组织结构,但环形相和粘结相的合金成分会有所变化;随Co或Cr含量的增加,合金的硬度增加,但强度和韧性有所下降;对于不同粘结相体系的合金,硬度相同时,以Co或Cr部分或全部代替Ni对合金断裂韧性的影响不大。     

微米／纳米Ti（C,N）基金属陶瓷刀具材料的研制

系统研究了添加纳米级Al2O3的含量对Ti(C,N)基金属陶瓷力学性能和显微结构的影响。结果表明:纳米Al2O3的添加可大幅提高Ti(C,N)基金属陶瓷的力学性能,特别是硬度和断裂韧性明显提高,克服了Ti(C,N)基金属陶瓷硬度较低的缺点,扩大了其应用范围。通过对微观结构观察和分析,可以看出,纳米Al2O3的添加细化了基体的晶粒,主要断裂模式为穿晶断裂,晶粒的细化和断裂模式的改变是材料力学性能提高的主要原因。