碳可以生成各種不同的化合物，常用的碳化物有WC、TiC、Cr3C2、B4C、SiC等。碳化物可用於製造具有獨特性能的金屬陶瓷。碳化物基金屬陶瓷是一種廣泛套用的金屬陶瓷，1923年，WC基金屬陶瓷開始出現，習慣上稱WC-Co為硬質合金；20世紀50年代出現了TiC基金屬陶瓷，常用種類有TiC-Co、TiC-Ni、TiC-Cr等；20世紀60年代初期，中國開始研製和生產碳化物基金屬陶瓷，主要是TiC和WC基兩大類。
基本介紹
- 中文名：碳化物基金屬陶瓷
- 外文名：Carbide-based cermet
- 常用碳化物：WC、TiC、Cr3C2、B4C、SiC等
- 屬於：金屬陶瓷
- 出現時間：1923年
- 類型：TiC和WC基兩大類
WC基金屬陶瓷,TiC基金屬陶瓷,TiC-Cu金屬陶瓷,TiC-Ni金屬陶瓷,Cr3C2基金屬陶瓷,
WC基金屬陶瓷
WC是一種難熔金屬碳化物，熔點為2630℃，硬度高，特別是熱硬度最高，它能很好地被Co、Ni、Fe等金屬熔體潤濕，鈷溶體對WC的潤濕性最好。具有良好的熱強性、紅硬性和耐磨性。但是抗氧化能力差，在500~800℃空氣中嚴重氧化，在氧化性氣氛中受強熱易分解為W2C和C，即所謂的失碳。WC在Ar氣氛中加熱至2850℃仍然穩定，在高溫氮氣中亦不受影響。不溶於酸，耐蝕性優良，但容易溶於氟化物。
WC基金屬陶瓷是碳化物基金屬陶瓷中研究最多、套用最廣泛的一類金屬陶瓷。迄今為止，能保證材料高力學性能的最好的結構組合和原子間相互作用的古典事例，仍然是WC-Co金屬陶瓷。因為它們在20℃時相組元的結構參數相近，並且Co的變態是通過孿生法從面心立方晶格轉變到六方晶格。這種轉變是由Co排列缺陷的低能量引發的，在Co內產生強烈的位錯分裂，從而保證高的屈服極限。
TiC基金屬陶瓷
以TiC為基的金屬陶瓷國內外研究得相當成熟，其套用很廣泛。TiC陶瓷熔點高，具有很高的常溫硬度，是常溫下使用耐磨性較好的材料。但由於Ti原子和O的親和力大於C原子對O的親和力，Ti原子在高溫氧化性氣氛中能生成緻密的結合牢固的TiO2薄膜，因而有很好的抗高溫氧化能力，僅次於Cr3C2。TiC與Co、Ni、Fe等金屬溶體的潤濕性不好，在這些金屬中溶解度亦小，因此，很難獲得TiC彌散在Co、Ni、Fe金屬基相中的耐磨塗層。但TiC能與鋼結硬質合金的鐵合金成分結合，製成具有重要用途的鋼結硬質合金，其最大的特點是退火狀態硬度低，易加工成形，然後通過淬火使其硬化，獲得高耐磨製件。TiC 陶瓷可與WC陶瓷生成複合碳化物(WTiC2)，具有TiC和WC的綜合性能。
TiC-Cu金屬陶瓷
TiC具有高硬度、高熔點、好的熱穩定性，金屬Cu具有優異的導電、導熱性能和良好的塑性。由TiC和金屬Cu組成的TiC-Cu複合材料綜合了兩者的優異性能，具有作為導電、導熱、耐磨及火箭喉襯用材料的套用價值。
TiC-Ni金屬陶瓷
TiC-Ni金屬陶瓷問世於1929年，最初是作為WC-Co合金的代用材料，主要用做切削刀具，但是由於金屬Ni不能完全潤濕TiC，導致早期的產品脆性較大，因而使其套用受到極大的限制。20世紀50年代，為了研製噴氣發動機的葉片用高溫材料，人們發現TiC-Ni系金屬陶瓷具有優良的高溫力學性能和密度小的特點，但是由於這種材料的韌性太差，最終未達到耐熱材料套用的地步。1956 年，美國福特汽車公司的研究人員發現TiC-Ni基金屬陶瓷中添加Mo可以顯著地改善Ni對TiC的潤濕性，從而細化晶粒，使合金的強度大大提高。從20世紀六七十年代起，更多學者積極從事TiC-Ni金屬陶瓷的研究。
Cr3C2基金屬陶瓷
與傳統的WC-Co、TiC 基金屬陶瓷相比，Cr3C2基金屬陶瓷具有一系列優越的特性：
①抗腐蝕性能高，在酸、鹼、海水、石油工業以及其他腐蝕介質中都具有優良的抗腐蝕性能；
②抗氧化性能好，在1000℃加熱2h不發生任何變化，拋光後的合金試樣在1100℃下保持24h表面不生成氧化皮；
③耐磨性能優異，由於含有硬質的Cr3C2骨架相，Cr3C2基金屬陶瓷材料的室溫硬度為HRA88以上，與碳化鎢系金屬陶瓷材料YG8的硬度及耐磨性能相當；
④高溫硬度高，在1100℃下其硬度( HV)大於2000MPa；
⑥密度低，僅為碳化鎢系金屬陶瓷的50%左右。
