一、碳化鈦介紹

碳化鈦（TiC）是一種自身存在金屬光澤的鐵灰色晶體，具有類似金屬的若干特性：如高的熔點、沸點和硬度，且硬度僅次于金剛石，導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性也很好，在極低的溫度時還會表現(xiàn)出超導(dǎo)性。因此這種物質(zhì)常被用于制造金屬陶瓷、硬質(zhì)合金、耐熱合金、抗磨材料、高溫輻射材料以及其它高溫真空器件等。

二、碳化鈦基陶瓷金屬

碳化鈦陶瓷作為一種典型的過渡金屬碳化物，本身質(zhì)脆，無法被直接用作工程構(gòu)件，所以在復(fù)合材料中通常被作為增強(qiáng)相，更多的是被用作涂層在材料領(lǐng)域中得到應(yīng)用和重視，例如碳化鈦基金屬陶瓷的出現(xiàn)。

碳化鈦基金屬陶瓷是一種由金屬或合金TiC陶瓷相所組成的非均質(zhì)復(fù)合材料，兼有陶瓷的高強(qiáng)度、高硬度、耐磨損、耐高溫、抗氧化和化學(xué)穩(wěn)定特性，以及金屬的韌性，可用來制造在還原性和惰性氣氛中使用的高溫?zé)犭娕急Ｗo(hù)套和熔煉金屬的坩堝等。

三、碳化鈦基金屬陶瓷的制備工藝

碳化鈦基金屬陶瓷的合成制備工藝有多種，各有優(yōu)劣勢，實際生產(chǎn)中可按照不同應(yīng)用需求、價格因素等選擇適配工藝。

下面簡要介紹幾種：

①化學(xué)氣相沉積（CVD）

該法是借助空間氣相化學(xué)反應(yīng)在基材表面上沉積固態(tài)薄膜涂層的工藝技術(shù)。因為這個方法整個反應(yīng)都建立在熱力學(xué)的基礎(chǔ)上，所以CVD膜具有附著性和繞鍍性良好、膜層致密、膜基結(jié)合強(qiáng)度高等優(yōu)點，滿足實現(xiàn)不僅限于TiC之外的例如TiN、TiCN、TiBN等單層及多元多層復(fù)合涂層。

此法的缺點在于工藝處理溫度偏高（一般在900~1200℃），高溫使得鋼基體會發(fā)生軟化，處理后還需重新真空淬火，工藝較為復(fù)雜，工件還易變形，造成基體材料抗彎強(qiáng)度下降；并且制備過程中會產(chǎn)生有害的廢氣、廢液，易造成工業(yè)污染，這與當(dāng)今*家提倡的綠色工業(yè)相抵觸，由此也限制了此法的全面推廣與使用。

②物理氣相沉積（PVD）

該法是利用熱蒸發(fā)、濺射或輝光放電、弧光放電等物理過程，在基材表面沉積所需涂層的技術(shù)。包括蒸發(fā)鍍膜、濺射鍍膜和離子鍍膜技術(shù)。后兩者是目前較普遍采用的制備陶瓷涂層的PVD技術(shù)。

與CVD相比，此法屬于綠色薄膜制備技術(shù)，不存在環(huán)境污染問題，處理溫度也可降到600℃以下，減少對工件的熱影響，但隨著溫度的降低沉積的膜層結(jié)合強(qiáng)度也會低于CVD膜層。

PVD制備膜層通常存在殘余壓應(yīng)力，容易因脆性開裂和剝落，再者又屬于視線性處理，附著性和繞鍍性差，處理過程中工件需轉(zhuǎn)動或擺動，所以增加了真空室的設(shè)計難度和無效鍍膜等問題。

③液相沉積

該法是一種濕化學(xué)制膜法，基本原理是通過溶液中離子之間的配位體置換，驅(qū)動金屬化合物的水解平衡移動，使金屬氧化物或氫氧化物沉積在基體上形成薄膜涂層。該法由于可在低溫/室溫條件下進(jìn)行膜層沉積，所以制備過程中不需熱處理也不需昂貴的加工設(shè)備，操作簡單。

該法的劣勢在于：因?qū)嵸|(zhì)上仍屬于水溶液中的反應(yīng)，所以在沉積過程中存在溶液濃度反應(yīng)前后不一致的情況，液相反應(yīng)的影響因素也多，工業(yè)的穩(wěn)定性不高。

④熱噴涂

該法是指通過火焰、電弧或等離子體等熱源，將某種線狀或粉末狀的材料加熱至熔化或半熔化狀態(tài)，并加速形成高速熔滴，噴向基體在其上形成涂層，可以對材料表面性能進(jìn)行強(qiáng)化或再生，起到保護(hù)作用，且能對因磨損腐蝕或加工超差引起的零件尺寸減小進(jìn)行恢復(fù)。該法包括等離子噴涂、電弧噴涂、火焰噴涂技術(shù)。

⑤原位合成法

原位合成法是材料中的第二相或復(fù)合材料中的增強(qiáng)相生成于材料的形成過程中，即不是在材料制備之前就有的，而是在材料制備過程中原位就地產(chǎn)生；由于第二相增強(qiáng)顆粒原位合成，界面沒有污染，第二相分布均勻可以避免傳統(tǒng)粉末冶金工藝和熔煉工藝所遇到的難題。隨著原位復(fù)合技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用已拓展到了金屬基和陶瓷基材料中。

⑥其他合成方法

除了以上幾種制備工藝外，還有原位合成法、熔鑄法、粉末冶金法、機(jī)械合金化法、熱噴涂、自蔓延高溫合成、高密度能量束涂覆、溶膠——凝膠法、液中放電的電火花表面強(qiáng)化等合成方法。實際工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中，對于碳化基金屬陶瓷復(fù)合材料制備方法的選用，可以根據(jù)自身條件和需要來確定。

四、碳化鈦基金屬陶瓷的應(yīng)用

①切削金屬刀具：新型碳化鈦基金屬陶瓷是近年來發(fā)展較快的一種刀具材料，綜合性能高，在相同的切削條件下其耐磨性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通硬質(zhì)合金。在高速切削時也比YT14、YT15硬質(zhì)合金的耐磨性高5倍~8倍。目前碳化鈦基金屬陶瓷已制成各種刀片，用于孔的精鏜及“以車代磨”等精加工領(lǐng)域。

②航空航天工業(yè)：采用高溫?zé)Y(jié)骨架熔滲工藝制備的TiC/Cu金屬陶瓷有較好抗燒蝕性能，具有作為火箭喉襯、護(hù)板用材料的潛力。

③其它：用SHS法離心鑄造合成的金屬基內(nèi)襯陶瓷可作為抗腐蝕管道，用于石油或化工產(chǎn)物、半產(chǎn)物的運(yùn)輸，也可作為抗磨管道用于礦山，選礦廠作礦漿運(yùn)輸管道，還可用于多泥砂水的輸水管道。