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先进陶瓷知识问答:什么是金属陶瓷?如何制成?陶瓷靶材溅射时有哪些要求?

先进陶瓷知识问答:什么是金属陶瓷?如何制成?陶瓷靶材溅射时有哪些要求? CERADIR先进陶瓷在线
2023-02-08
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导读:先进陶瓷材料问答知多少,都在CERADIR

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什么是金属陶瓷?如何制成?


金属陶瓷是一种由金属或合金同陶瓷所组成的非均质的复合材料。

「 金属与陶瓷各有优点,一般来说金属及其合金的热稳定性好、延展性好,但在高温下易氧化蠕变;陶瓷则脆性大、热稳定性差,但耐火度高、耐腐蚀性强。

金属陶瓷就是把二者结合成整体,具有高硬度、高强度、耐腐蚀、耐磨损、耐高温和热膨胀系数小等优点。」

金属陶瓷铣刀

金属陶瓷中的陶瓷相通常是由高熔点的化合物组成,大致分类如下:

①氧化物:Al2O3、ZrO、MgO;

② 碳化物:TiC、SiC、WC;

③ 硼化物:TiB、ZrB₂、CrB;

④ 氮化物:TiN、BN、Si3N4、TaN。

作为金属相原料为纯金属及其合金粉末。如Ti、Cr、Ni。

金属陶瓷的制造工艺

金属陶瓷的制造工艺和陶瓷工艺基本相似,其工艺流程如下:

「 陶瓷粉末、金属粉末、成型结合剂→混合→造粒→成型→排除成型剂→预烧还原 →烧结→加工→检验→成品 」

由于碳化物与金属之间的浸润性良好,因而常常将其作为金属陶瓷中的主要陶瓷原料。碳化物可通过金属氧化物的还原、碳化,或金属氧化物、金属和碳化氢的气固反应,金属卤化物与碳化氢的气相反应制得。金属粉末可用金属盐的还原法、碳基法、电解法、熔融金属的喷吹法等方法制成。

为了减少杂质的污染,通常可用有该种金属陶瓷内衬的球磨和硬质合金球来混合配料。近年来还发展了搅拌磨、高能振动磨等高效研磨设备。料浆如能用喷雾干燥法造粒,将得到流动性好且极均匀的球形混合料团粒。

成型多采用半干压法,也有采用冷等静压的。烧结可在氢气、氩气或真空中进行,也有采用热压烧结、热等静压烧结和气氛压力烧结法的。

相关视频:《陶瓷-金属复合材料的增材制造》

烧结过程可分为预烧、烧结和冷却三个阶段。预烧阶段主要是使成型结合剂分解并充分排除,粉末表面的氧化物被还原,颗粒产生焊接,陶瓷少量溶于金属中,预烧阶段坯体收缩不大,但有一定强度。在烧结阶段,随温度升高,陶瓷在金属中的溶解度增大,并出现液相。温度进一步升高,溶入液相的陶瓷量增多,液相量也不断增加,坯体收缩剧烈,很快致密化。

金属陶瓷的种类不同,烧结温度差别很大,如WC-Co系在1380~1480℃烧结,WC-Ti-Co系在1480~1560℃烧结。特殊需要时,还可用热压法使金属相成为软化状态,再用挤压法将材料加工成所需形状,或者用渗金属法,或者用在熔融金属中通过机械搅拌使陶瓷粉末均匀分散、混入的方法来制造金属陶瓷。此外,还可以采用将金属制成多孔状,再放到陶瓷泥浆中浸渍后经干燥、烧结的方法来制造金属陶瓷。


Q from @匿名用户



陶瓷靶材溅射时有哪些要求?


陶瓷靶材的溅射要求

纯度:陶瓷靶材的纯度对溅射薄膜的性能影响很大,纯度越高,溅射薄膜的均匀性和批量产品的质量的一致性越好。

密度:为了减少陶瓷靶材的气孔,提高薄膜性能,要求溅射陶瓷靶材具有高密度。

成分与结构均匀性:为保证溅射薄膜均匀,尤其在复杂的大面积镀膜应用中,必须做到靶材成分与结构均匀性好。

氧化锌铝靶

从上述可得,如何制成良好的陶瓷靶材也是需要注意的地方。

1 成型方法

为了减少陶瓷靶材的气孔,提高薄膜性能,要求溅射陶瓷靶材具有高密度、低气孔率、高密度意味着陶瓷体内晶粒排列紧密,在承受外界载荷或腐蚀性物质侵蚀的时候不易形成破坏性的突破点。而要得到钙质密度的陶瓷胚体,成型方法是关键。陶瓷靶材的成型一般采用干压、等静压、热压铸等方法。不同的方法具有不同的特点,对养护率陶瓷烧结性和显微结构的影响也会有所不同。

2 原料粒度

原料粉粒度对陶瓷靶材形成的薄膜质量有很大的影响,只有原料足够细,最后的烧制成品才有可能形成微结构,使其具有很好的耐磨性。粉料颗粒越细,活性也越大,可促进烧结,制成的瓷强度也越高,小颗粒还可以分散由于刚玉和玻璃相线膨胀系数不同在晶界处造成的应力集中,减少开裂的危险性,细的晶粒还能妨碍微裂纹的发展,不易再成穿晶断裂,有利于提高断裂韧性,还可以提高耐磨性。

3 烧结

对于陶瓷的烧结,简单地讲就是陶瓷生坯在高温下的致密化过程。随着温度的上升和时间的延长,粉末颗粒之间发生粘结,烧结体的强度增加,把粉末颗粒的聚集体变为坚强的具有某种显微结构的多晶烧结体,并获得所需的物理,机械性能的制品或材料。样品的致密化速率、最终结构往往也反映了它经历过什么样的热处理过程。

TiO2陶瓷靶材


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