【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 新途徑也在 積極探索著。 用途：常用于混凝土基復(fù)合材料。 38 （ 6）晶須（ Wisker） 晶須：具有一定長(zhǎng)徑比（一般大于 10）和截面積 小于 52 105cm2的單晶纖維材料。 具有實(shí)用價(jià)值的晶須直徑約為 1～ 10μm， 長(zhǎng)度與直徑比在 5～ 1000之間。 特點(diǎn)：含缺陷很少的單晶短纖維，其拉伸強(qiáng)度接 近其純晶體的理論強(qiáng)度。相對(duì)密度小，彈 性模量高、高溫強(qiáng)度好。 外形：白色、灰白色棒狀、螺旋狀或針狀、發(fā)狀 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 39 用途：作復(fù)合材料的強(qiáng)化劑 分類： ?金屬晶須 （如 Ni、 Fe、 Cu、 Si、 Ag、 Ti、 Cd等） ?氧化物晶須 （如 MgO、 ZnO、 BeO、 Al2O TiO Y2O Cr2O3等） ?陶瓷晶須 （如碳化物晶須 SiC、 TiC、 ZrC、 WC、 B4C） ?氮化物晶須 （如 TiB ZrB TaB CrB、 NbB2等） ?無機(jī)鹽類晶須 （如 K2Ti6O13和 Al18B4O33） 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 40 晶須的制備方法： 化學(xué)氣相沉積（ CVD）法 溶膠 — 凝膠法 氣液固（ VLS）法 液相生長(zhǎng)法 固相生長(zhǎng)法 原位生長(zhǎng)法 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 41 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 3. 超低溫材料 —— 超低溫合金 把常溫以下直至絕對(duì)零度的較大溫度范圍稱為低溫。 特殊要求： ?防止低溫脆性 ?低溫下的熱性能 ?非磁性合金 42 超低溫合金的研究 ? 液化天然氣中使用含鎳的鋼； ? 不銹鋼； ? 鎳基合金； ? 高錳奧氏體鋼； ? 鐵錳鋁新合金鋼。 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 43 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 44 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 4. 超硬材料 硬質(zhì)合金（由 Sehroter于 1926年首先發(fā)明） 由 Ⅳ B,Ⅴ B,Ⅵ B族金屬和 C,N,B形成的化合物，硬度和熔點(diǎn)特別高 (1000 ℃ )。 制備：粉末冶金方法，由 WC、 TiC、 TaC、 NbC、 VC等難熔金屬碳化物以及作為粘結(jié)劑的鐵 族金屬用而成。 類型：鎢鈷類，主要成分是 WC和粘結(jié)劑 Co 鈦鎢鈷類 ，主要成分是 WC， TiC和 Co 45 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 ?碳與 Ⅳ B,Ⅴ B,Ⅵ B族 金屬所形成的碳化物 金屬型碳化物：間隙固溶體 特點(diǎn)：具有金屬光澤，導(dǎo)電，傳熱性好，硬度高， 熔點(diǎn)高，脆性大 結(jié)論：第 4周期中的金屬，從第 Ⅳ B族開始，自左 及右，其碳化物穩(wěn)定性依次降低。 Ti， V的碳化物穩(wěn)定， Cr、 Mn、 Fe的碳化物穩(wěn)定性較差， Co、 Ni的碳化物不大穩(wěn)定， Cu不能形成碳化物。 46 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 ?氮、硼與金屬所形成的氮化物、硼化物 金屬型碳化物：間隙固溶體 特點(diǎn)：導(dǎo)電，傳熱性好，硬度高，熔點(diǎn)高 形成元素： Ti， Zr， Hf， V， Nb， Ta， Mo， V及 Cr， Mn， Fe， Co， Ni， 47 目前的研究熱點(diǎn) (1)細(xì)化晶粒 通過細(xì)化硬質(zhì)相晶粒度、增大硬質(zhì)相晶間表 面積、增強(qiáng)晶粒間結(jié)合力，可使硬質(zhì)合金刀具材 料的強(qiáng)度和耐磨性均得到提高。 當(dāng) WC晶粒尺寸減小到亞微米以下時(shí)，材料 的硬度、韌性、強(qiáng)度、耐磨性等均可提高，達(dá)到 完全致密化所需溫度也可降低。 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 48 普通硬質(zhì)合金晶粒度為 3～ 5μm， 細(xì)晶粒硬質(zhì)合金晶粒度為 l～ (微米級(jí) )， 超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金晶粒度可達(dá) (亞微米、納米級(jí) )。 超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金與成分相同的普通硬質(zhì) 合金相比，硬度可提高 2HRA以上，抗彎強(qiáng)度 可提高 600～ 800MPa。 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 49 常用的晶粒細(xì)化工藝方法： 物理氣相沉積法、化學(xué)氣相沉積法、 等離子體沉積法、 機(jī)械合金化法 等徑側(cè)向擠壓法 (ECAE)是一種很有發(fā)展前 途的晶粒細(xì)化工藝方法。 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 50 (2)涂層硬質(zhì)合金 在韌性較好的硬質(zhì)合金基體上，通過 CVD (化學(xué)氣相沉積 )、 PVD(物理氣相沉積 )、 HVOF (High Velocity OxyFuel Thermal Spraying)等方 法涂覆一層很薄的耐磨金屬化合物，可使基體 的強(qiáng)韌性與涂層的耐磨性相結(jié)合而提高硬質(zhì)合 金的綜合性能。 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 51 (3)表面、整體熱處理和循環(huán)熱處理 對(duì)強(qiáng)韌性較好的硬質(zhì)合金表面進(jìn)行滲氮、滲 硼等處理，可有效提高其表面耐磨性。對(duì)耐磨性 較好但強(qiáng)韌性較差的硬質(zhì)合金進(jìn)行整體熱處理， 可改變材料中的粘結(jié)成分與結(jié)構(gòu)，降低 WC硬質(zhì) 相的鄰接度，從而提高硬質(zhì)合金的強(qiáng)度和韌性。 利用循環(huán)熱處理工藝緩解或消除晶界間的應(yīng)力， 可全面提高硬質(zhì)合金材料的綜合性能。 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 52 (4)添加稀有金屬 在硬質(zhì)合金材料中添加 TaC、 NbC等稀有金屬 碳化物，可使添加物與原有硬質(zhì)相 WC、 TiC結(jié)合 形成復(fù)雜固溶體結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步強(qiáng)化硬質(zhì)相結(jié) 構(gòu)，同時(shí)可起到抑制硬質(zhì)相晶粒長(zhǎng)大、增強(qiáng)組織 均勻性等作用，對(duì)提高硬質(zhì)合金的綜合性能大有 益處。 在 ISO標(biāo)準(zhǔn)的 P、 K、 M類硬質(zhì)合金牌號(hào)中， 均有這種添加了 Ta(Nb)C的硬質(zhì)合金 (尤以 M類牌 號(hào)中較多 )。 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 53 (5)添加稀土元素 在硬質(zhì)合金材料中添加少量釔等稀土元素，可有效提高材料的韌性和抗彎強(qiáng)度，耐磨性亦有所改善。 稀土元素可強(qiáng)化硬質(zhì)相和粘結(jié)相，凈化晶界，并改善碳化物固溶體對(duì)粘結(jié)相的潤(rùn)濕性。 這類硬質(zhì)合金在礦山工具、頂錘、拉絲模等硬質(zhì)合金工具中亦有廣闊應(yīng)用前景。 我國稀土資源豐富，在硬質(zhì)合金中添加稀土元素的研究也具有較高水平。 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 54 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 超硬陶瓷 ? 人造金剛石 金剛石是世界上已知的最硬物質(zhì)，并具有高導(dǎo)熱性、高絕緣性、高化學(xué)穩(wěn)定性、高溫半導(dǎo)體特性等多種優(yōu)良性能， 可用于鋁、銅等有色 金屬及其合金的精密 加工，特別適合加工 非金屬硬脆材料。 55 制備原理：依據(jù)在 57萬大氣壓， 1200℃ 1800℃ 溫度的條件下 ,碳元素就會(huì)結(jié)晶成為 金剛石這個(gè)原理用合金片作觸媒使 外加的壓力和溫度降低 ,達(dá)到將碳轉(zhuǎn) 為金剛石的目的。 用途：金剛石的用途十分廣泛，用量較大的是礦 山、地質(zhì)、煤田勘探，公路建設(shè)、建材、 國防等行業(yè)及高精尖科研領(lǐng)域。 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 56 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 ? 立方晶體氮化硼 (白石墨 )：與石墨相似 立方氮化硼 (CBN)硬度僅次于金剛石。雖 然 CBN的硬度低于金剛石，但其氧化溫度高達(dá)1360℃ ，且與鐵磁類材料具有較低的親和性。