第一節(jié) 金屬陶瓷產(chǎn)品定義及基本屬性
一、產(chǎn)品定義、性能
1、產(chǎn)品定義
金屬陶瓷是由陶瓷和粘接金屬組成的非均質(zhì)的復(fù)合材料。為了使陶瓷既可以耐高溫又不容易破碎，人們在制作陶瓷的粘土里加了些金屬粉，因此制成了金屬陶瓷。
2、產(chǎn)品分類
根據(jù)各組成相所占百分比不同，金屬陶瓷分為以陶瓷為基質(zhì)和以金屬為基質(zhì)兩類。
1）陶瓷基金屬陶瓷主要有：
氧化物基金屬陶瓷。以氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、氧化鈹?shù)葹榛w，與金屬鎢、鉻或鈷復(fù)合而成，具有耐高溫、抗化學(xué)腐蝕、導(dǎo)熱性好、機械強度高等特點，可用作導(dǎo)彈噴管襯套、熔煉金屬的坩堝和金屬切削刀具。
碳化物基金屬陶瓷。以碳化鈦、碳化硅、碳化鎢等為基體，與金屬鈷、鎳、鉻、鎢、鉬等金屬復(fù)合而成，具有高硬度、高耐磨性、耐高溫等特點，用于制造切削刀具、高溫軸承、密封環(huán)、撿絲模套及透平葉片。
氮化物基金屬陶瓷。以氮化鈦、氮化硼、氮化硅和氮化鉭為基體，具有超硬性、抗熱振性和良好的高溫蠕變性，應(yīng)用較少。
2）金屬基金屬陶瓷是在金屬基體中加入氧化物細粉制得，又稱彌散增強材料。
主要有燒結(jié)鋁(鋁-氧化鋁)、燒結(jié)鈹（鈹-氧化鈹）、TD鎳（鎳-氧化釷）等。燒結(jié)鋁中的氧化鋁含量約5％～15％，與合金鋁比，其高溫強度高、密度小、易加工、耐腐蝕、導(dǎo)熱性好。常用于制造飛機和導(dǎo)彈的結(jié)構(gòu)件、發(fā)動機活塞、化工機械零件等。
3、產(chǎn)品性能
金屬陶瓷兼有金屬和陶瓷的優(yōu)點，它密度小、硬度高、耐磨、導(dǎo)熱性好，不會因為驟冷或驟熱而脆裂。另外，在金屬表面涂一層氣密性好、熔點高、傳熱性能很差的陶瓷涂層，也能防止金屬或合金在高溫下氧化或腐蝕。金屬陶瓷既具有金屬的韌性、高導(dǎo)熱性和良好的熱穩(wěn)定性，又具有陶瓷的耐高溫、耐腐蝕和耐磨損等特性。
二、產(chǎn)品所屬行業(yè)界定
根據(jù)國家統(tǒng)計局國民經(jīng)濟行業(yè)分類目錄規(guī)定，金屬陶瓷屬于陶瓷制品制造中特種陶瓷制品制造行業(yè)。
陶瓷制品制造——指專為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、實驗室等領(lǐng)域的各種特定用途和要求，采用特殊生產(chǎn)工藝制造陶瓷制品的生產(chǎn)活動。
近年來，為了改善陶瓷的脆性，在陶瓷基體中添加了金屬，如氧化物基金屬陶瓷，碳化物基金屬陶瓷，硼化物基金屬陶瓷等，是現(xiàn)代陶瓷中的重要品種之一，是陶瓷家族中最年輕但卻是最有發(fā)展前途的一個分支。
第二節(jié) 金屬陶瓷產(chǎn)品應(yīng)用概況
一、產(chǎn)品主要應(yīng)用領(lǐng)域
1、航空工業(yè)
金屬陶瓷廣泛地應(yīng)用于火箭、導(dǎo)彈、超音速飛機的外殼、燃燒室的火焰噴口等地方。
2、化工機械
金屬陶瓷是以TiC（陶瓷）為基體，添加TiN、或TiCN等為主要成份，通過添加異種碳化物使其抗彎強度達到硬質(zhì)合金的水平。金屬陶瓷作為精加工刀具材料，廣泛用于鋼的高速加工、鑄鐵的精加工等。
二、產(chǎn)品應(yīng)用成熟度分析
金屬陶瓷是一種適用于精加工的刀具材料，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。金屬陶瓷主要應(yīng)用于諸如低碳鋼等軟鋼加工，長比屑，而已趨于研制組合刀刃用來加工鑄鐵與不銹鋼。我國金屬陶瓷具有一定的應(yīng)用成熟度。
近年來，為了增加金屬陶瓷材料的韌性，很多學(xué)者都進行了相關(guān)的研究，并取得了一定的成效，從而使金屬陶瓷刀具的應(yīng)用前景更加廣闊。在航空工業(yè)中，金屬陶瓷刀具可用于調(diào)質(zhì)鋼件的加工，若刀具表面有TiAlN涂層，也可用于加工高溫合金零件。略……
第三節(jié) 金屬陶瓷行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈概述
金屬陶瓷行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈簡圖
第四節(jié) 金屬陶瓷上游行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r分析
一、上游原材料生產(chǎn)情況分析
（一）主要原材料產(chǎn)量情況
1、氧化鋁的產(chǎn)量增長情況
2、電解鎳的產(chǎn)量增長情況
二、上游原材料需求情況分析
（一）主要原材料應(yīng)用概況
1、氧化鋁應(yīng)用情況
建筑、交通運輸行業(yè)占國內(nèi)氧化鋁需求的50%以上，我國建筑業(yè)逐漸加大對鋁的需求。近年來，陽極氧化鋁幕墻鋁板作為一種新興的幕墻材料，正在國內(nèi)幕墻業(yè)內(nèi)流行起來。中央電視臺大樓、廣州亞運會演藝中心等大型地標(biāo)式建筑，均不約而同的采用了陽極氧化鋁幕墻。
2、鎳金屬應(yīng)用情況
鎳不僅是制造鎳合金的基礎(chǔ)材料，更是其它合金(鐵、銅、鋁基等合金)中的合金元素。目前，鎳及其合金用于特殊用途的零部件、儀器制造、機器制造，火箭技術(shù)裝備中，原子反應(yīng)堆，用于生產(chǎn)堿性蓄電池，多孔過濾器，催化劑，以及零部件與半制品的防蝕電鍍層等，鎳被視為國民經(jīng)濟建設(shè)的重要戰(zhàn)略物質(zhì)，其資源的有效開發(fā)和綜合利用一直為各國所重視。
（二）主要原材料應(yīng)用領(lǐng)域需求情況
1、氧化鋁應(yīng)用領(lǐng)域需求情況
我國氧化鋁基本消費結(jié)構(gòu)
2、鎳應(yīng)用領(lǐng)域需求情況
鎳的應(yīng)用是由鎳的抗腐蝕性能決定的，合金中添加鎳可增強鎳的抗腐蝕性能。不銹鋼與合金生產(chǎn)領(lǐng)域是對鎳需求量最大的領(lǐng)域。略……
第五節(jié) 金屬陶瓷下游行業(yè)發(fā)展情況分析
一、下游主要行業(yè)發(fā)展情況分析
（一）下游主要行業(yè)發(fā)展概述
1、航空工業(yè)
自20世紀50年代以來，中國航空航天器制造業(yè)從無到有、從小到大，取得了舉世矚目的成就。中國航空器制造業(yè)研制生產(chǎn)了數(shù)十型、萬余架各類軍用飛機和民用飛機，并出口了數(shù)百架飛機和眾多配套的發(fā)動機、機載設(shè)備及生產(chǎn)線，一個專業(yè)門類比較齊全，科研、試驗、生產(chǎn)手段基本配套的航空器制造業(yè)體系已經(jīng)形成。
在國際市場上，1979年以來，中國制造的航空產(chǎn)品陸續(xù)進入國際市場，民用飛機也先后向18個國家和地區(qū)成批出口，并承攬了美國波音公司、加拿大航空公司、德國航空公司、歐洲空中客車公司和法國宇航公司等外國公司的轉(zhuǎn)包生產(chǎn)業(yè)務(wù)。2004年中國經(jīng)過國際競爭與埃及簽訂了出口80架K8E飛機及生產(chǎn)線的合同，首次以技術(shù)轉(zhuǎn)讓形式出口，實現(xiàn)了從單純出口航空產(chǎn)品到出口技術(shù)含量更高的飛機生產(chǎn)線的跨越。目前我國飛機出口主要有以下幾種機型：新舟60MA60型飛機，以可靠性、經(jīng)濟性和舒適性使其在國際航空支線運營上具有強大的競爭力，曾出口到老撾、毛里塔尼亞等國；運八中型飛機，目前已出口到蘇丹、斯里蘭卡、伊郎等國家，受到使用者的廣泛好評；運十二型系列飛機，已出口到亞非拉、中東等幾十個國家，主要用于海洋監(jiān)測、油田、旅游等多種用途。在民用飛機零部件出口方面，波音737每十架當(dāng)中有七架的飛機垂尾等重要配件是由我國生產(chǎn)的。
中國航天器制造業(yè)自1979年4月24日成功發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星以來，已初步形成了系列化、平臺化發(fā)展的應(yīng)用衛(wèi)星體系。在國際市場上，中國空間技術(shù)研究院于2002年6月與法國阿爾卡特宇航公司就衛(wèi)星推進系統(tǒng)過濾器出口簽訂了正式合同，從而實現(xiàn)了中國衛(wèi)星零部件產(chǎn)品出口零的突破。近年來，以載人航天技術(shù)實現(xiàn)歷史性突破為標(biāo)志，我國航天事業(yè)迎來了發(fā)展速度最快、技術(shù)跨越最大、成果最豐碩的歷史時期。在2003年神舟五號載人飛船的成功發(fā)射和回收，標(biāo)志著中國成為世界第三個實現(xiàn)載人航天的國家，中國已成為世界上少數(shù)獨立掌握空間技術(shù)的大國之一。
2、機械制造
金屬陶瓷具有耐磨損性、耐沖擊性，用于制造刀具，廣泛用于金屬切削機床制造。
我國金屬切削機床近年來發(fā)展很快，據(jù)不完全統(tǒng)計，2009年我國上規(guī)模金屬切削機床生產(chǎn)企業(yè)達近750家，比2006年的520家，增長了44.23%。而2000年，上規(guī)模的企業(yè)僅有363家。
我國機床行業(yè)正處在快速成長的階段，并且受到國家政策重點支持。機床行業(yè)未來發(fā)展判斷：下游行業(yè)，如汽車、普通機械、軍工和高新技術(shù)行業(yè)增長與企業(yè)更新?lián)Q代保證了國內(nèi)機床消費的增長，預(yù)計機床消費增速保持15%左右，其中數(shù)控機床消費增速在20%左右；進口替代空間更巨大（數(shù)控機床目前有70%左右為進口，行業(yè)收入增速將高于國內(nèi)機床消費增速，預(yù)計行業(yè)收入增速在20%左右，數(shù)控機床收入增速在30%左右，預(yù)計優(yōu)勢企業(yè)增長將高于行業(yè)平均水平；重組并購造就有競爭力的企業(yè)，看好行業(yè)內(nèi)的沈陽機床集團、大連機床集團、秦川發(fā)展集團。
目前，國產(chǎn)普及型數(shù)控機床市場占有率還不高，國產(chǎn)普及型數(shù)控車床和加工中心技術(shù)相對比較成熟，基本得到了用戶的廣泛認可，急需加快其產(chǎn)業(yè)化進程，通過加快產(chǎn)業(yè)化步伐提高國產(chǎn)數(shù)控機床的性價比、質(zhì)量穩(wěn)定性和可靠性，提高市場競爭力和市場占有率，實現(xiàn)國產(chǎn)數(shù)控機床的快速發(fā)展。
二、下游主要行業(yè)對金屬陶瓷的應(yīng)用現(xiàn)狀分析
1、航空工業(yè)
金屬陶瓷具有很高的機械強度和硬度，有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，又有好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，而且比重小，常用于制造飛機和導(dǎo)彈的結(jié)構(gòu)件等航空工業(yè)。
飛機等重載剎車條件下使用的金屬陶瓷摩擦材料，已廣泛應(yīng)用的有鐵基和銅基兩大類。銅基摩擦材料主要應(yīng)用于西方國家的軍民用飛機。鐵的熔點較高，其強度、硬度、塑性、耐熱強度和抗氧化性等可通過添加合金元素加以調(diào)整，在俄羅斯等國的軍、民用飛機上廣泛應(yīng)用。鐵基摩擦材料成本較低，經(jīng)濟性較好，在飛機等重載剎車裝置上具有廣泛的應(yīng)用前景。
2、機械制造
在機械加工中，刀具材料的切削性能是決定加工效率、加工質(zhì)量和加工成本的關(guān)鍵因素之一，盡管金屬陶瓷的成分要比傳統(tǒng)硬質(zhì)合金更為復(fù)雜，但是它作為一種刀具材料，具有特定的性能，在用于精加工時具有許多優(yōu)點。
目前，TiCN基金屬陶瓷已基本替代了TiC基金屬陶瓷，得到了廣泛應(yīng)用。金屬陶瓷刀具主要用于正火與調(diào)質(zhì)鋼料的半精加工和精加工。
第六節(jié) 上、下游行業(yè)對金屬陶瓷行業(yè)發(fā)展的影響分析
金屬陶瓷產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)菄@滿足金屬陶瓷企業(yè)生產(chǎn)過程所涉及到的一系列具有上下游關(guān)系的企業(yè)集合。錢納里和渡邊經(jīng)彥對美國、日本、挪威和意大利4國的29個產(chǎn)業(yè)部門進行了數(shù)據(jù)分析。金屬陶瓷是特種陶瓷，屬于非金屬礦物制品制造業(yè)，是最終需求型制造業(yè)，其特點是前向關(guān)聯(lián)效應(yīng)小，后向關(guān)聯(lián)效應(yīng)較大。
2008年，受美國金融風(fēng)暴以及全球經(jīng)濟衰退影響，鎳價大幅下跌。各國鎳生產(chǎn)企業(yè)紛紛減產(chǎn)或停產(chǎn)。鎳市于2009年基本恢復(fù)了平靜，進入3月份，鎳價出現(xiàn)明顯觸底反彈跡象。氧化鋁等金屬陶瓷的原材料價格都有一定波動，對金屬陶瓷產(chǎn)業(yè)的影響主要體現(xiàn)在產(chǎn)品成本上。
金屬陶瓷兼有金屬和陶瓷的優(yōu)點，大量用于精細加工刀具材料，常用于制造飛機和導(dǎo)彈的結(jié)構(gòu)件、發(fā)動機活塞、化工機械零件等。下游對金屬陶瓷的應(yīng)用不斷擴大，從而帶動金屬陶瓷行業(yè)的發(fā)展。略……
第七節(jié) 金屬陶瓷基本生產(chǎn)技術(shù)、工藝或流程
金屬陶瓷是由陶瓷和粘接金屬組成的非均質(zhì)的復(fù)合材料。陶瓷主要是氧化鋁、氧化鋯等耐高溫氧化物或它們的固溶體，粘接金屬主要是鉻、鉬、鎢、鈦等高熔點金屬。將陶瓷和粘接金屬研磨混合均勻，成型后在不活潑氣氛中燒結(jié)，就可制得金屬陶瓷。
制備金屬陶瓷常見方法有粉末冶金法、浸滲法、粉末燃燒合成法以及原位擴散法等。很多情況下，為了獲得結(jié)構(gòu)致密的金屬陶瓷，常需要將上述兩種甚至多種方法結(jié)合起來。
1、固相燒結(jié)法
固相燒結(jié)是早期制備金屬陶瓷的常用方法，燒結(jié)材料的孔隙率較高，后來發(fā)展了熱壓燒結(jié)和熱等靜壓燒結(jié)使這種狀況得到大大改善。由于傳統(tǒng)的固相燒結(jié)工藝制備均質(zhì)材料的周期長，所得燒結(jié)體的致密度低，該方法已逐漸被液相燒結(jié)和其他燒結(jié)方法所取代。
2、液相燒結(jié)法
液相燒結(jié)可以在較短的時間內(nèi)使組織致密化，用這種方法制備金屬陶瓷的周期短、成本低。
粉末燃燒合成以及近些年發(fā)展起來的放電等離子燒結(jié)都屬于特殊的液相燒結(jié)工藝。采用這些工藝制備金屬陶瓷時，燒結(jié)過程可以控制在很短的時間內(nèi)完成，因而坯體的原始梯度結(jié)構(gòu)能較完整地保存下來。
3、原位擴散法
碳和氮的含量對TiC、Ti(CN)基金屬陶瓷的顯微組織和性能具有顯著影響，滲碳和滲氮以及它們的反過程——脫碳和脫氮均屬于原位擴散過程，其中滲碳、滲氮已經(jīng)被用來制備金屬陶瓷；而脫氮、脫碳則常作為制備涂層材料的預(yù)處理步驟，其目的是提高基體表層的韌性，阻止裂紋向基體內(nèi)部擴展。
4、浸滲法
在液相燒結(jié)制備金屬陶瓷時，由于對流以及元素在液相中較快的擴散速率，梯度結(jié)構(gòu)很容易因均勻化過程而消失。浸滲方法可以較好地解決這一問題，即先制取一具有多孔特征的難熔相預(yù)制塊，隨后將易熔相熔化后浸入該預(yù)制塊，并填充滿預(yù)制塊的孔隙，形成致密體。通常需要將預(yù)制塊進行預(yù)燒結(jié)，先獲得一定的強度，以維持其自重以及抵抗在液相浸入時引起的收縮，防止由于液體內(nèi)部擴散或?qū)α鬟\動使難熔相出現(xiàn)均勻化的傾。
在制備功能梯度TiC基金屬陶瓷時，還有一種十分巧妙的方法：首先制備出孔隙率處處相同而碳含量呈梯度變化的TiCx預(yù)制塊，隨后將其浸入到Fe-.8%C合金液中，此時低碳區(qū)非化學(xué)計量比的TiCx與液相中的游離碳結(jié)合形成更穩(wěn)定的TiC，使得這些區(qū)域的粘結(jié)相成分從奧氏體區(qū)逐漸向珠光體和鐵素體區(qū)轉(zhuǎn)變，對其進行淬火處理后，可以得到粘結(jié)相從鐵素體向馬氏體漸變的梯度材料。雖然這種方法所適用的材料范圍較窄，卻為用相變方法制備功能梯度材料提供了可能性。
第八節(jié) 金屬陶瓷新技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用情況
1、超細金屬陶瓷研究與應(yīng)用情況
近年來，國內(nèi)外制備超細金屬陶瓷的研究取得了不少成果。
日本在金屬陶瓷切削刀具的開發(fā)研制方面居世界領(lǐng)先地位，其金屬陶瓷刀具占全部刀具生產(chǎn)量的30%。日本三菱公司報道了超細金屬陶瓷的研發(fā)進展并推出了商品牌號NX2525和NX1010超細金屬陶瓷。這兩種超細金屬陶瓷的典型特征是硬質(zhì)相的平均晶粒度小于1μm，綜合性能非常優(yōu)異。
據(jù)分析，三菱公司NX2525和NX1010超細金屬陶瓷的制備方法是：優(yōu)質(zhì)超細Ti(CN)粉或TiC+TiN粉+Ni、Co、Mo2C、TaC、NbC、WC細粉→濕磨→選粒→壓制→氣氛燒結(jié)→熱等靜壓→成品。
2、金屬陶瓷材料粉末冶金技術(shù)的新技術(shù)和新工藝及新裝備
為適應(yīng)硬質(zhì)合金提高產(chǎn)品質(zhì)量和增加產(chǎn)品品種的需要，在進一步改進與完善硬質(zhì)合金的生產(chǎn)工藝與裝備同時，也開發(fā)出新技術(shù)和新工藝及新裝備。如高溫自蔓延合成技術(shù)、等離子體制粉技術(shù)、流化床制粒技術(shù)、注射成形技術(shù)及其他的新型成形技術(shù)、等離子體燒結(jié)技術(shù)、微波燒結(jié)技術(shù)、各種新型化學(xué)和物理氣相沉積技術(shù)及各種強化處理技術(shù)等。略……
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