俗話說真金不怕火煉,指的是正確的事物經得起考驗。雖然金子的化學穩定性很好,但它的熔點并不高,因此在高溫下依舊會被燒融化。套用現代科技背景,這句話可能更適合說成“真·陶瓷不怕火煉”。
與金屬或塑料相比,特種陶瓷在高溫、高壓、強腐蝕等條件下確實具有更大的應用優勢。但如果是非常極端的條件(如超高溫或多種極端條件并行),也不是每種陶瓷材料都能夠hold住的。比如說高端的航天、軍工、核能領域,或是平民一些的切削刀具領域,它們對陶瓷材料的耐高溫、耐磨、耐腐蝕、使用壽命等方面都有極高的要求,這些都是普通陶瓷無法滿足的。
但既然有需求,就會有供應。專門從事該類陶瓷的研發生產工作的企業雖然不多,但勝在夠“精”,比如說吉林長玉特陶新材料技術股份有限公司(下稱:長玉特陶)就是其中之一。粉體圈在此前也曾介紹過長玉特陶,它是一家通過ISO認證的國家高新技術企業,由龍翔投資控股集團有限公司及哈爾濱工業大學合資成立,主攻600nm以下超細非氧化物粉體的量產,包括鈦系、鋯系碳化物、氮化物、硼化物等,下面便以長玉特陶的產品為例,說說這些陶瓷粉體都發揮了些什么作用。
長玉特陶的產品目錄
1、Ti(C1-x,Nx)碳氮化鈦
碳氮化鈦的分子式是Ti(C1-x,Nx)。TiC和TiN是構成Ti(C1-x,Nx)的基礎,它們均具有面心立方點陣的NaCl型結構,這種晶體結構使TiN和TiC可形成連續固溶體。以Ti(C,N)粉體為主要原料,Co-Ni為黏結劑,其它碳化物如WC、Mo2C、(Ta,Nb)C、Cr3C2、VC、AlN等為添加劑,可制成Ti(C1-x,Nx)基金屬陶瓷。
應用上,Ti(C1-x,Nx)粉體可應用于多個行業,整體偏結構陶瓷類,如各類刀具。在相同的切削條件下,Ti(C1-x,Nx)基金屬陶瓷刀具的耐磨性遠遠高于W-Co硬質合金。在鋼鐵和有色金屬的精加工領域,Ti(C1-x,Nx)基金屬陶瓷刀具有壽命長、加工表面光潔度好的優勢。
比如說日本京瓷近十年推出了數種新型金屬陶瓷工具,被加工表面質量和長壽命遠超傳統牌號,廣受鋼和鑄鐵加工行業認可,引領了金屬陶瓷工具材料未來十年的發展方向。對一系列新型金屬陶瓷工具的研究發現,優異性能主要得益于內部的超細晶結構,而制造超細晶的前提條件便是利用形貌良好、粒徑分布均勻的超細碳氮化鈦粉為主要原材料。
左圖為Ti(C1-x,Nx)粉體的SEM照片 右圖為超細晶金屬陶瓷SEM照片
2、TiC碳化鈦
碳化鈦是典型的過渡金屬碳化物,灰色金屬狀,面心立方系結構,具有高熔點(3140±90℃)、高硬度、高楊氏模量、高化學穩定性、耐磨和耐腐蝕、良好的電導和熱導等特性。
左圖為TiC粉體SEM照片 右圖為TiC粉體包裝圖
應用:在較為寬泛的硬質合金、金屬陶瓷及特種陶瓷制品制造領域,TiC可作為基體材料或添加劑在原有的工藝鏈條上進行使用,提升燒結制品綜合性能,如降低摩擦系數,提高耐磨性能,提高硬度強度,提高耐腐蝕性等,因此非常適合于高端結構制品領域有工藝改進或材料體系換代需求的企業。
3、ZrC碳化鋯
ZrC的熔點極高,達3540℃,具有耐高溫、抗氧化、高強度、高硬度、導熱性良好的特點,是一種重要的高熔點、高強度和耐腐蝕的高溫結構材料,并具有高效吸收可見光,反射紅外線和儲能等的特性。長玉特陶所制備的超細碳化鋯粉體具有優異的燒結活性和易分散性,可作為各類超高溫材料、硬質合金以及涂層的主材和添加劑。
左圖為ZrC熱壓燒結專用牌號SEM照片 右圖為ZrC常規牌號SEM照片
應用:ZrC粉體現有“常規”和“脫鉿”兩種規格,常規ZrC可用于超高溫陶瓷,脫鉿ZrC主要用于對鉿含量敏感的核能領域。另外,ZrC也和TiC一樣可用于提升燒結制品的各種綜合性能,因此同樣能夠滿足對高端結構制品有工藝改進或材料體系換代需求的企業。
總結
整體來看,雖然這些陶瓷粉體似乎都比較“冷門”,但它們在重要的細分領域往往能起到不可取代的作用。值得一提的是,憑借哈工大航空航天特陶超細粉體制造技術,由長玉特陶生產的超細陶瓷粉體相比于傳統工藝生產的陶瓷粉體具有粒度分布窄、流動性好、雜質含量少、燒結活性高等特點;相比于化學合成法制備的粉體,又兼具氧含量低,質量穩定的優勢。
據長玉特陶的相關負責人介紹,目前這些非氧化物陶瓷粉體已經在多個高端數控工具和特種陶瓷科研、產業項目中實現應用,有效提升了研發技術指標和相關產品的市場競爭力。日后,他們還將繼續拓展應用,意在通過該技術開發更多類型的超細非氧化物陶瓷粉體。
粉體圈 小榆
作者:粉體圈
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