雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷：組織特征與性能調(diào)控機(jī)制的深度剖析一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代材料科學(xué)領(lǐng)域，Ti(C,N)基金屬陶瓷憑借其卓越的性能組合，已成為研究與應(yīng)用的焦點(diǎn)之一。作為一種顆粒型復(fù)合材料，它在TiC基金屬陶瓷基礎(chǔ)上發(fā)展而來，兼具了陶瓷的高硬度、高耐磨性、高化學(xué)穩(wěn)定性以及金屬的良好韌性和導(dǎo)熱性，在切削加工、耐磨零件制造、模具制造等眾多工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮著不可或缺的作用。在切削加工領(lǐng)域，Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具展現(xiàn)出了令人矚目的優(yōu)勢(shì)。其硬度一般可達(dá)HRA91-93.5，部分甚至能達(dá)到HRA94-95，這使其具備了接近非金屬陶瓷刀具的硬度水平。在高速切削鋼料時(shí)，Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具的磨損率極低，耐磨性可比WC基硬質(zhì)合金高3-4倍。憑借著高硬度和優(yōu)異的耐磨性，Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具在加工過程中能夠保持良好的切削性能，有效提高加工精度和表面質(zhì)量，顯著延長(zhǎng)刀具使用壽命。在航空航天領(lǐng)域，對(duì)于鈦合金、鎳基合金等難加工材料的切削加工，Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具能夠在高溫、高壓的惡劣切削條件下穩(wěn)定工作，確保加工的高精度和高效率。在耐磨零件制造方面，Ti(C,N)基金屬陶瓷同樣表現(xiàn)出色。其高硬度和良好的耐磨性使其成為制造各類耐磨零件的理想材料，廣泛應(yīng)用于礦山機(jī)械、石油化工、汽車制造等行業(yè)。在礦山機(jī)械中，Ti(C,N)基金屬陶瓷制成的破碎機(jī)錘頭、球磨機(jī)襯板等零件，能夠承受巨大的沖擊力和摩擦力，有效減少磨損，提高設(shè)備的運(yùn)行效率和使用壽命。在石油化工行業(yè)，Ti(C,N)基金屬陶瓷制造的密封環(huán)、閥門等零件，不僅具有良好的耐磨性，還具備出色的耐腐蝕性，能夠在惡劣的化學(xué)環(huán)境中穩(wěn)定工作。盡管Ti(C,N)基金屬陶瓷在諸多領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，但較低的韌性極大地限制了其進(jìn)一步拓展應(yīng)用范圍。在實(shí)際應(yīng)用中，尤其是在承受較大沖擊載荷或復(fù)雜應(yīng)力的工況下，Ti(C,N)基金屬陶瓷容易發(fā)生脆性斷裂，導(dǎo)致零件失效，這嚴(yán)重制約了其在一些對(duì)材料韌性要求較高的領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，如何提高Ti(C,N)基金屬陶瓷的韌性，成為了材料科學(xué)領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問題。設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)的Ti(C,N)基金屬陶瓷，深入研究其雙結(jié)構(gòu)組織與性能之間的關(guān)系，具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。從理論層面來看，研究雙結(jié)構(gòu)組織與性能的關(guān)系有助于深入理解Ti(C,N)基金屬陶瓷的強(qiáng)化和韌化機(jī)制，揭示材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)與性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，為材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)和性能調(diào)控提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。通過對(duì)雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的研究，可以探索不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)材料力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能的影響規(guī)律，豐富和完善金屬陶瓷材料的理論體系。從實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，研究雙結(jié)構(gòu)組織與性能對(duì)Ti(C,N)基金屬陶瓷的應(yīng)用具有多方面的重要意義。有助于提高精加工的效率。通過優(yōu)化雙結(jié)構(gòu)組織，可以改善材料的切削性能，使其在精加工過程中能夠更加精準(zhǔn)地切削工件，減少加工誤差，提高加工表面的光潔度和精度，從而滿足現(xiàn)代制造業(yè)對(duì)高精度加工的需求。研究雙結(jié)構(gòu)組織與性能為拓展Ti(C,N)基金屬陶瓷的應(yīng)用范圍提供了可能。通過提高材料的韌性，可以使其從傳統(tǒng)的半精加工、精加工領(lǐng)域進(jìn)一步拓展到粗加工領(lǐng)域，在承受更大切削力和沖擊力的粗加工過程中保持良好的性能，實(shí)現(xiàn)材料在更廣泛加工領(lǐng)域的應(yīng)用。研究雙結(jié)構(gòu)組織與性能還有助于延伸Ti(C,N)基金屬陶瓷的使用范圍。除了切削刀具材料，通過優(yōu)化雙結(jié)構(gòu)組織，提高材料的綜合性能，有望將其應(yīng)用于油井鉆頭關(guān)鍵部件和軋輥材料等領(lǐng)域。在油井鉆探過程中，鉆頭需要承受高溫、高壓、高磨損的惡劣工況，Ti(C,N)基金屬陶瓷若能應(yīng)用于油井鉆頭關(guān)鍵部件，將顯著提高鉆頭的使用壽命和工作效率。在軋輥材料方面，Ti(C,N)基金屬陶瓷的高硬度和耐磨性能夠有效提高軋輥的耐磨性和抗疲勞性能，降低軋輥的損耗，提高軋制產(chǎn)品的質(zhì)量。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀Ti(C,N)基金屬陶瓷自問世以來，憑借其獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)，吸引了全球眾多科研人員的關(guān)注，在組織與性能研究方面取得了一系列豐碩成果。在國(guó)外，早期德國(guó)于二戰(zhàn)期間率先開展相關(guān)研究，以Ni粘結(jié)TiC生產(chǎn)金屬陶瓷，這為后續(xù)Ti(C,N)基金屬陶瓷的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。隨后，美國(guó)福特汽車公司在20世紀(jì)60年代發(fā)明了第二代Ti(C,N)基金屬陶瓷，通過向Ni粘結(jié)相中添加Mo，有效改善了TiC和其他碳化物的潤(rùn)濕性，顯著提高了材料的韌性。1971年，Kieffer等人的研究取得重大突破，他們發(fā)現(xiàn)在TiC-Mo-Ni系金屬陶瓷中添加TiN，不僅能細(xì)化硬質(zhì)相晶粒，還能大幅提升金屬陶瓷的室溫和高溫力學(xué)性能，以及高溫耐腐蝕和抗氧化性能，由此引發(fā)了全球范圍內(nèi)對(duì)現(xiàn)代Ti(C,N)基金屬陶瓷的研究熱潮。此后，Kyocera、FordMotorCo及Mitsubishi等公司先后研制出基于Ti(C,N)基的不同復(fù)合成分的金屬陶瓷。在組織研究方面，國(guó)外學(xué)者深入探究了Ti(C,N)基金屬陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)，包括芯-殼結(jié)構(gòu)、顆粒分布等對(duì)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，芯-殼結(jié)構(gòu)中界面內(nèi)應(yīng)力會(huì)影響材料的強(qiáng)韌性，通過調(diào)控芯-殼結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)韌化成為重要研究方向。在性能研究方面，針對(duì)提高Ti(C,N)基金屬陶瓷的硬度、耐磨性、韌性等性能，開展了大量研究。通過優(yōu)化成分設(shè)計(jì)、改進(jìn)制備工藝等手段，在一定程度上提高了材料的綜合性能。在國(guó)內(nèi)，對(duì)Ti(C,N)基金屬陶瓷的研究也取得了顯著進(jìn)展。在制備工藝方面，不斷探索創(chuàng)新，采用真空燒結(jié)、氣氛壓力燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)等多種先進(jìn)工藝制備Ti(C,N)基金屬陶瓷。通過對(duì)燒結(jié)工藝參數(shù)的精確控制，有效改善了材料的組織結(jié)構(gòu)和性能。在成分設(shè)計(jì)上，深入研究了添加不同元素（如WC、TaC、Co等）對(duì)Ti(C,N)基金屬陶瓷性能的影響規(guī)律，通過合理的成分調(diào)配，提高了材料的硬度、韌性和耐磨性等性能。在組織與性能關(guān)系研究方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者同樣開展了大量工作，取得了一系列有價(jià)值的成果。有學(xué)者采用真空燒結(jié)制備了雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷，研究了不同顆粒尺寸和WC含量對(duì)其組織、性能和斷裂行為的影響，發(fā)現(xiàn)隨著顆粒尺寸的增加，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的抗彎強(qiáng)度和硬度逐漸減小，斷裂韌度不斷增加；隨著WC含量的增加，抗彎強(qiáng)度和斷裂韌度逐漸增加，硬度有所降低。也有學(xué)者通過添加TiN細(xì)化晶粒，使Ti(C,N)基金屬陶瓷表現(xiàn)出比WC基或TiC基硬質(zhì)合金更為優(yōu)越的綜合性能。盡管國(guó)內(nèi)外在Ti(C,N)基金屬陶瓷組織與性能研究方面已取得眾多成果，但仍存在一些不足之處。在韌性提升方面，雖然采取了多種方法，如優(yōu)化成分、改進(jìn)結(jié)構(gòu)等，但目前材料的韌性仍無法滿足一些對(duì)韌性要求極高的應(yīng)用場(chǎng)景，如航空航天領(lǐng)域中某些承受復(fù)雜應(yīng)力和沖擊載荷的零部件制造。在制備工藝方面，現(xiàn)有的制備工藝雖然能夠在一定程度上改善材料性能，但部分工藝存在成本高、生產(chǎn)效率低等問題，限制了Ti(C,N)基金屬陶瓷的大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。在組織與性能關(guān)系的深入研究上，雖然已經(jīng)取得了一定的認(rèn)識(shí)，但對(duì)于一些復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)和性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，尚未完全明晰，仍需進(jìn)一步深入探索，以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料性能的精準(zhǔn)調(diào)控。1.3研究?jī)?nèi)容與方法為深入探究雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的組織與性能，本研究從成分設(shè)計(jì)、制備工藝、微觀組織分析、性能測(cè)試以及組織與性能關(guān)系研究等多個(gè)方面展開，具體內(nèi)容與方法如下：1.3.1研究?jī)?nèi)容成分設(shè)計(jì)與優(yōu)化：基于材料斷裂力學(xué)理論，設(shè)計(jì)不同成分的雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷體系。通過改變Ti(C,N)、粘結(jié)相（如Ni、Co等）以及添加相（如WC、TaC、Mo等）的含量和比例，系統(tǒng)研究成分變化對(duì)材料組織和性能的影響規(guī)律。重點(diǎn)探究添加相在Ti(C,N)基金屬陶瓷中的固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化等作用機(jī)制，以及粘結(jié)相的種類和含量對(duì)材料韌性和硬度的影響，從而優(yōu)化成分設(shè)計(jì)，獲得綜合性能優(yōu)異的雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷成分體系。制備工藝研究：采用真空燒結(jié)、氣氛壓力燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)等先進(jìn)制備工藝，制備雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷樣品。對(duì)不同制備工藝的參數(shù)進(jìn)行精確控制和優(yōu)化，研究燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間、燒結(jié)壓力等工藝參數(shù)對(duì)材料致密度、微觀組織結(jié)構(gòu)和性能的影響。對(duì)比不同制備工藝制備的樣品性能差異，分析各工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，為選擇最佳制備工藝提供依據(jù)。微觀組織分析：運(yùn)用X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、X射線能譜（EDS）等先進(jìn)分析測(cè)試手段，對(duì)雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的微觀組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入分析。研究Ti(C,N)顆粒的尺寸、形狀、分布情況，以及芯-殼結(jié)構(gòu)、顆粒與粘結(jié)相之間的界面結(jié)構(gòu)等微觀特征。分析不同組織結(jié)構(gòu)對(duì)材料性能的影響機(jī)制，如芯-殼結(jié)構(gòu)中界面內(nèi)應(yīng)力對(duì)材料強(qiáng)韌性的影響，顆粒分布均勻性對(duì)材料耐磨性的影響等。性能測(cè)試與表征：對(duì)制備的雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷樣品進(jìn)行全面的性能測(cè)試與表征，包括硬度、抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性、耐磨性、抗氧化性等力學(xué)性能和物理性能測(cè)試。采用洛氏硬度計(jì)、萬能材料試驗(yàn)機(jī)、壓痕法等測(cè)試方法，準(zhǔn)確測(cè)量材料的各項(xiàng)性能指標(biāo)。通過磨損試驗(yàn)、高溫氧化試驗(yàn)等，研究材料在不同工況條件下的性能變化規(guī)律，分析材料的失效機(jī)制。組織與性能關(guān)系研究：建立雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷微觀組織與性能之間的定量關(guān)系模型。綜合考慮成分、組織結(jié)構(gòu)、制備工藝等因素對(duì)性能的影響，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和材料科學(xué)理論，建立能夠準(zhǔn)確描述材料組織與性能關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。通過模型預(yù)測(cè)不同成分和組織結(jié)構(gòu)的雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的性能，為材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)和性能調(diào)控提供理論指導(dǎo)。1.3.2研究方法實(shí)驗(yàn)研究法：按照設(shè)計(jì)的成分體系，采用相應(yīng)的制備工藝制備雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷樣品。在實(shí)驗(yàn)過程中，嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件和參數(shù)，確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。對(duì)制備的樣品進(jìn)行微觀組織分析和性能測(cè)試，獲取大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為后續(xù)的研究提供基礎(chǔ)。對(duì)比分析法：對(duì)比不同成分、不同制備工藝、不同微觀組織結(jié)構(gòu)的雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷樣品的性能差異。通過對(duì)比分析，找出影響材料性能的關(guān)鍵因素，明確各因素之間的相互關(guān)系，為材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。對(duì)比不同添加相含量的雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的硬度和韌性，分析添加相含量對(duì)材料綜合性能的影響規(guī)律。微觀分析技術(shù)：運(yùn)用XRD分析材料的物相組成，確定Ti(C,N)基金屬陶瓷中各相的種類和相對(duì)含量。通過SEM觀察材料的微觀形貌，包括Ti(C,N)顆粒的尺寸、形狀、分布以及斷口形貌等。利用TEM進(jìn)一步分析材料的微觀結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，如芯-殼結(jié)構(gòu)的特征、界面結(jié)構(gòu)等。結(jié)合EDS進(jìn)行成分分析，確定材料中各元素的分布情況，深入研究材料的微觀組織結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。理論建模與模擬：基于材料科學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷組織與性能關(guān)系的理論模型。運(yùn)用有限元分析軟件等工具，對(duì)材料在不同工況下的力學(xué)行為進(jìn)行模擬分析，預(yù)測(cè)材料的性能變化，為材料的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供理論支持。通過模擬分析，優(yōu)化材料的結(jié)構(gòu)和成分，提高材料的性能和可靠性。二、雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷概述2.1基本概念與構(gòu)成雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷作為一種先進(jìn)的復(fù)合材料，在材料科學(xué)領(lǐng)域中占據(jù)著重要地位。它是在傳統(tǒng)Ti(C,N)基金屬陶瓷的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，通過獨(dú)特的設(shè)計(jì)和制備工藝，形成了具有兩種不同結(jié)構(gòu)特征的微觀組織，從而賦予材料更為優(yōu)異的綜合性能。從構(gòu)成上看，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷主要由陶瓷相和金屬相組成。陶瓷相是材料的硬質(zhì)相，主要成分是Ti(C,N)，它賦予材料高硬度、高耐磨性和高化學(xué)穩(wěn)定性。Ti(C,N)是一種固溶體，其中C和N原子可以在Ti的晶格中相互替代，形成連續(xù)的固溶體。這種固溶體結(jié)構(gòu)使得Ti(C,N)具有比單一的TiC或TiN更為優(yōu)異的性能，其硬度一般可達(dá)HRA91-95，部分高性能產(chǎn)品甚至能達(dá)到HRA95以上，接近或超過一些非金屬陶瓷材料的硬度水平。在切削加工過程中，Ti(C,N)陶瓷相能夠有效地抵抗切削力和摩擦力，保持刀具的切削刃形狀，從而實(shí)現(xiàn)高精度的加工。在加工高強(qiáng)度合金鋼時(shí)，Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具能夠在長(zhǎng)時(shí)間的切削過程中保持較低的磨損率，確保加工精度的穩(wěn)定性。金屬相則作為粘結(jié)相，主要作用是將陶瓷相顆粒牢固地粘結(jié)在一起，賦予材料良好的韌性和導(dǎo)熱性。常用的金屬粘結(jié)相有Ni、Co等。Ni具有良好的抗氧化性和耐腐蝕性，能夠在高溫環(huán)境下穩(wěn)定存在，并且與Ti(C,N)陶瓷相具有較好的潤(rùn)濕性，能夠形成良好的界面結(jié)合。Co則具有較高的強(qiáng)度和硬度，能夠提高材料的整體強(qiáng)度和耐磨性。通過合理調(diào)整金屬粘結(jié)相的種類和含量，可以有效地調(diào)控雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的韌性和硬度。當(dāng)Ni含量增加時(shí)，材料的韌性會(huì)有所提高，能夠更好地承受沖擊載荷；而適當(dāng)增加Co含量，則可以提高材料的硬度和耐磨性，使其在高負(fù)荷切削條件下表現(xiàn)更為出色。在一些對(duì)韌性要求較高的切削加工場(chǎng)合，如斷續(xù)切削，適當(dāng)提高Ni含量可以有效減少刀具的破損率，提高加工效率和刀具壽命。除了陶瓷相和金屬相外，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷中還可能添加一些其他的合金元素或化合物，如WC、TaC、Mo等，以進(jìn)一步改善材料的性能。WC具有極高的硬度和耐磨性，添加WC可以顯著提高材料的硬度和耐磨性，使其在切削高硬度材料時(shí)表現(xiàn)更為優(yōu)異。TaC則具有良好的高溫穩(wěn)定性和抗氧化性，能夠提高材料在高溫環(huán)境下的性能。Mo能夠提高金屬相的強(qiáng)度和硬度，同時(shí)還能改善金屬相與陶瓷相之間的潤(rùn)濕性，增強(qiáng)界面結(jié)合強(qiáng)度。在制備雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷時(shí)，添加適量的WC和TaC，可以使材料在保持高硬度和高耐磨性的同時(shí)，提高其高溫性能和抗氧化性能，從而滿足航空航天、汽車制造等領(lǐng)域?qū)Ω咝阅懿牧系男枨蟆Ｔ诤娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)的高溫部件制造中，使用添加了WC和TaC的雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷，可以有效提高部件的使用壽命和可靠性。2.2性能特點(diǎn)雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷以其獨(dú)特的成分和微觀結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出一系列優(yōu)異且獨(dú)特的性能特點(diǎn)，在眾多領(lǐng)域中脫穎而出。2.2.1高硬度與耐磨性高硬度和出色的耐磨性是雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的顯著特性。其硬度主要源于Ti(C,N)陶瓷相，這種陶瓷相具備極高的硬度，一般可達(dá)HRA91-95，部分高性能產(chǎn)品甚至能超越HRA95，這使得雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷在切削加工和耐磨零件制造等領(lǐng)域表現(xiàn)卓越。在切削加工領(lǐng)域，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具在切削過程中，能夠憑借其高硬度有效抵抗切削力和摩擦力，保持切削刃的鋒利度和形狀穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)高精度的加工。在加工高強(qiáng)度合金鋼時(shí)，刀具的切削刃能夠長(zhǎng)時(shí)間保持銳利，確保加工精度的穩(wěn)定性，降低加工誤差，提高加工表面的光潔度。在耐磨零件制造方面，其高硬度使得零件在承受高摩擦力的工作環(huán)境中，如礦山機(jī)械中的破碎機(jī)錘頭、球磨機(jī)襯板等，能夠有效減少磨損，延長(zhǎng)零件的使用壽命，提高設(shè)備的運(yùn)行效率。雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的耐磨性同樣出色。在切削過程中，刀具與工件之間存在著劇烈的摩擦和磨損，而雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷憑借其高硬度和良好的組織結(jié)構(gòu)，能夠有效抵抗磨損，延長(zhǎng)刀具的使用壽命。與傳統(tǒng)的WC基硬質(zhì)合金相比，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具的耐磨性可提高3-4倍。在加工過程中，WC基硬質(zhì)合金刀具可能會(huì)因?yàn)槟p過快而需要頻繁更換，這不僅增加了加工成本，還降低了加工效率。而雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具則能夠在長(zhǎng)時(shí)間的切削過程中保持較低的磨損率，減少刀具更換次數(shù)，提高加工效率，降低生產(chǎn)成本。在石油化工行業(yè)的密封環(huán)和閥門等零件中，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的耐磨性使其能夠在惡劣的工作環(huán)境中穩(wěn)定工作，有效減少泄漏，提高設(shè)備的安全性和可靠性。2.2.2良好的韌性盡管陶瓷材料通常具有脆性，但雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷通過獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和成分優(yōu)化，在一定程度上改善了韌性。金屬粘結(jié)相在其中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，它如同橋梁一般，將堅(jiān)硬的Ti(C,N)陶瓷相顆粒緊密地連接在一起。當(dāng)材料受到外力沖擊時(shí)，金屬粘結(jié)相能夠有效地分散應(yīng)力，阻止裂紋的快速擴(kuò)展。Ni、Co等金屬粘結(jié)相具有良好的延展性，能夠在應(yīng)力作用下發(fā)生塑性變形，從而吸收能量，提高材料的韌性。在切削加工中，當(dāng)?shù)毒呤艿經(jīng)_擊載荷時(shí)，金屬粘結(jié)相的塑性變形可以緩沖沖擊力，避免刀具因脆性斷裂而失效。在航空航天領(lǐng)域的零部件制造中，材料需要承受復(fù)雜的應(yīng)力和沖擊載荷，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的良好韌性能夠確保零部件在這種惡劣條件下正常工作，提高零部件的可靠性和使用壽命。除了金屬粘結(jié)相，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷中的芯-殼結(jié)構(gòu)也對(duì)韌性提升起到了重要作用。芯-殼結(jié)構(gòu)中的殼層能夠有效地緩解界面內(nèi)應(yīng)力，阻止裂紋從芯部向基體擴(kuò)展，從而提高材料的韌性。通過合理調(diào)控芯-殼結(jié)構(gòu)的參數(shù)，如殼層的厚度、成分等，可以進(jìn)一步優(yōu)化材料的強(qiáng)韌性。研究表明，當(dāng)殼層厚度在一定范圍內(nèi)增加時(shí)，材料的韌性會(huì)顯著提高。在一些對(duì)韌性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景中，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片制造，通過優(yōu)化芯-殼結(jié)構(gòu)，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷能夠滿足葉片在高速旋轉(zhuǎn)和高溫環(huán)境下承受復(fù)雜應(yīng)力的要求，提高葉片的可靠性和使用壽命。2.2.3化學(xué)穩(wěn)定性雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷具備出色的化學(xué)穩(wěn)定性，這使其在多種化學(xué)環(huán)境中都能保持性能的穩(wěn)定。Ti(C,N)陶瓷相本身具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，能夠抵抗酸、堿、鹽等化學(xué)物質(zhì)的侵蝕。在石油化工、海洋工程等領(lǐng)域，設(shè)備常常需要在腐蝕性介質(zhì)中工作，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷制成的零部件能夠有效地抵御這些介質(zhì)的侵蝕，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。在石油化工行業(yè)的管道、閥門等部件中，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷能夠抵抗石油、天然氣中含有的硫化氫、二氧化碳等腐蝕性氣體的侵蝕，防止部件被腐蝕損壞，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。在海洋工程中，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷制成的海洋探測(cè)設(shè)備零部件能夠在海水的強(qiáng)腐蝕環(huán)境下穩(wěn)定工作，確保設(shè)備的可靠性和準(zhǔn)確性。雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷在高溫環(huán)境下也具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性。在高溫條件下，材料表面會(huì)形成一層致密的氧化膜，這層氧化膜能夠阻止氧氣進(jìn)一步向材料內(nèi)部擴(kuò)散，從而保護(hù)材料基體不被氧化。在航空航天領(lǐng)域，發(fā)動(dòng)機(jī)部件在高溫工作環(huán)境下，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷能夠憑借其良好的高溫化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性，保持材料的性能穩(wěn)定，確保發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室和渦輪葉片等部件中，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷能夠在高溫燃?xì)獾臎_刷下，表面形成穩(wěn)定的氧化膜，防止材料被高溫氧化和腐蝕，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和可靠性。2.2.4其他性能特點(diǎn)除了上述主要性能特點(diǎn)外，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷還具有一些其他的優(yōu)良性能。它具有較低的密度，相比傳統(tǒng)的WC基硬質(zhì)合金，其密度可降低約20%-30%。這使得在一些對(duì)重量有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域，如航空航天、汽車制造等，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷具有明顯的優(yōu)勢(shì)。在航空航天領(lǐng)域，使用雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷制造零部件，可以有效減輕飛行器的重量，提高飛行性能和燃油效率。在汽車制造中，采用雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷制造發(fā)動(dòng)機(jī)零部件，可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，提高汽車的動(dòng)力性能和燃油經(jīng)濟(jì)性。雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷還具有良好的導(dǎo)熱性。金屬粘結(jié)相的存在賦予了材料較好的導(dǎo)熱能力，使其能夠在工作過程中迅速傳遞熱量，避免局部溫度過高。在切削加工中，良好的導(dǎo)熱性可以使切削產(chǎn)生的熱量快速散發(fā)，降低刀具的溫度，減少刀具的磨損，提高加工效率。在電子封裝領(lǐng)域，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的良好導(dǎo)熱性可以有效地將電子元件產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)出去，保證電子元件的正常工作溫度，提高電子設(shè)備的性能和可靠性。2.3應(yīng)用領(lǐng)域雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷憑借其卓越的綜合性能，在多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用價(jià)值，有力推動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步。2.3.1切削刀具領(lǐng)域在切削刀具領(lǐng)域，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷是一種極具優(yōu)勢(shì)的刀具材料。其高硬度和優(yōu)異的耐磨性使其在切削加工過程中能夠有效抵抗磨損，顯著延長(zhǎng)刀具的使用壽命。與傳統(tǒng)的WC基硬質(zhì)合金刀具相比，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具在切削鋼料時(shí)，磨損率可降低3-4倍，這使得在長(zhǎng)時(shí)間的切削加工中，刀具能夠保持良好的切削性能，減少刀具更換次數(shù)，提高加工效率，降低生產(chǎn)成本。在汽車制造中，發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、曲軸等零部件的加工，對(duì)刀具的耐磨性和精度保持性要求極高，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具能夠滿足這些要求，確保加工精度和表面質(zhì)量，提高零部件的加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具在高速切削和干式切削中表現(xiàn)出色。隨著制造業(yè)的發(fā)展，高速切削和干式切削成為切削加工的重要發(fā)展方向。雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，在高速切削過程中，能夠承受高溫和高壓，保持刀具的切削性能穩(wěn)定。在干式切削中，能夠抵抗切削過程中產(chǎn)生的高溫和化學(xué)反應(yīng)，減少刀具的磨損和破損，實(shí)現(xiàn)高效、環(huán)保的切削加工。在航空航天領(lǐng)域的零部件加工中，常常需要進(jìn)行高速切削和干式切削，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具能夠在這些苛刻的切削條件下穩(wěn)定工作，滿足航空航天零部件高精度、高效率的加工需求。2.3.2模具領(lǐng)域在模具制造領(lǐng)域，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷同樣發(fā)揮著重要作用。其高硬度和良好的耐磨性使其能夠有效抵抗模具在工作過程中所承受的巨大壓力和摩擦力，大大提高模具的使用壽命。在壓鑄模具中，模具需要承受高溫、高壓的金屬液的沖刷和摩擦，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷制成的壓鑄模具，能夠在這種惡劣的工作條件下保持良好的性能，減少模具的磨損和變形，提高鑄件的尺寸精度和表面質(zhì)量。在注塑模具中，模具需要頻繁開合，與塑料熔體接觸，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的高硬度和耐磨性能夠有效抵抗塑料熔體的摩擦和腐蝕，延長(zhǎng)模具的使用壽命，提高塑料制品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的良好韌性使其在模具制造中更具優(yōu)勢(shì)。模具在工作過程中，不僅要承受壓力和摩擦力，還可能會(huì)受到?jīng)_擊載荷的作用。雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的良好韌性能夠有效抵抗沖擊載荷，防止模具發(fā)生脆性斷裂，提高模具的可靠性和穩(wěn)定性。在鍛造模具中，模具需要承受巨大的沖擊力，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷制成的鍛造模具，能夠在沖擊載荷下保持良好的性能，減少模具的損壞，提高鍛造生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。2.3.3航空航天領(lǐng)域航空航天領(lǐng)域?qū)Σ牧系男阅芤髽O為苛刻，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷憑借其獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)，在該領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。其低密度和高強(qiáng)度的特點(diǎn)，使其成為制造航空航天零部件的理想材料之一。在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中，使用雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷制造渦輪葉片、燃燒室等部件，可以有效減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和性能。在航天器中，使用雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷制造結(jié)構(gòu)部件和功能部件，可以減輕航天器的重量，提高航天器的運(yùn)載能力和飛行性能。雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的良好化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性，使其能夠在航空航天領(lǐng)域的惡劣環(huán)境中穩(wěn)定工作。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫、高壓環(huán)境下，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷能夠抵抗燃?xì)獾那治g和氧化，保持材料的性能穩(wěn)定，確保發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行。在航天器的太空環(huán)境中，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷能夠抵抗宇宙射線和微流星體的撞擊，以及太空環(huán)境中的高溫、低溫、輻射等因素的影響，保證航天器的安全和可靠性。在衛(wèi)星的太陽(yáng)能電池板支架、天線等部件中，使用雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷，能夠確保這些部件在太空環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作，提高衛(wèi)星的性能和使用壽命。2.3.4其他領(lǐng)域除了上述主要領(lǐng)域外，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷在其他領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用。在石油化工領(lǐng)域，其高硬度、耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性使其成為制造密封環(huán)、閥門、管道等零部件的理想材料。在石油開采和輸送過程中，這些零部件需要承受高溫、高壓、腐蝕性介質(zhì)的作用，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷能夠有效抵抗這些惡劣條件的影響，確保設(shè)備的正常運(yùn)行，減少泄漏和故障的發(fā)生，提高石油化工生產(chǎn)的安全性和可靠性。在電子封裝領(lǐng)域，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的良好導(dǎo)熱性和化學(xué)穩(wěn)定性使其得到應(yīng)用。隨著電子設(shè)備的不斷發(fā)展，對(duì)電子封裝材料的要求越來越高。雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷能夠有效地將電子元件產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)出去，保證電子元件的正常工作溫度，提高電子設(shè)備的性能和可靠性。其化學(xué)穩(wěn)定性能夠保證在電子設(shè)備的使用過程中，材料不會(huì)受到化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，確保電子封裝的質(zhì)量和可靠性。在集成電路的封裝中，使用雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷作為封裝材料，能夠提高集成電路的散熱性能和可靠性，促進(jìn)電子設(shè)備的小型化和高性能化。三、雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的制備工藝3.1原料選擇與預(yù)處理原料的選擇對(duì)于雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的性能起著決定性作用，必須依據(jù)材料的設(shè)計(jì)要求和預(yù)期性能進(jìn)行精心挑選。Ti(C,N)粉末作為陶瓷相的關(guān)鍵成分，其純度、粒度以及碳氮比等參數(shù)對(duì)材料性能影響顯著。高純度的Ti(C,N)粉末能夠有效減少雜質(zhì)對(duì)材料性能的負(fù)面影響，確保材料的高性能。粒度方面，細(xì)粒度的Ti(C,N)粉末有助于提高材料的致密性和均勻性，促進(jìn)燒結(jié)過程中的原子擴(kuò)散，從而提升材料的硬度和強(qiáng)度。在制備高性能切削刀具用雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷時(shí)，選用粒度為0.5-1μm的Ti(C,N)粉末，可使材料在燒結(jié)后獲得更為均勻的微觀結(jié)構(gòu)，提高刀具的切削性能和耐磨性。碳氮比同樣關(guān)鍵，不同的碳氮比會(huì)導(dǎo)致Ti(C,N)的晶體結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化。通過調(diào)整碳氮比，可以優(yōu)化材料的硬度、韌性和抗氧化性等性能。當(dāng)碳氮比較高時(shí)，材料的硬度和耐磨性會(huì)有所提高，但韌性可能會(huì)下降；反之，降低碳氮比則可以在一定程度上提高材料的韌性。金屬粘結(jié)相粉末，如Ni粉、Co粉等，其純度和粒度也不容忽視。高純度的金屬粘結(jié)相粉末能夠保證粘結(jié)相的性能穩(wěn)定，增強(qiáng)與陶瓷相的結(jié)合力。粒度較細(xì)的金屬粘結(jié)相粉末可以提高粘結(jié)相的均勻分布程度，增強(qiáng)材料的整體性能。在制備過程中，Ni粉的純度應(yīng)達(dá)到99.5%以上，粒度控制在1-3μm，這樣可以確保Ni粘結(jié)相在陶瓷相中均勻分布，有效提高材料的韌性和導(dǎo)熱性。添加相粉末，如WC、TaC、Mo等，能夠顯著改善雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的性能。WC粉末可以提高材料的硬度和耐磨性，TaC粉末則能增強(qiáng)材料的高溫穩(wěn)定性和抗氧化性，Mo粉末能夠改善金屬相與陶瓷相之間的潤(rùn)濕性，提高界面結(jié)合強(qiáng)度。在制備用于高溫切削的雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷時(shí)，添加適量的TaC粉末，可以使材料在高溫環(huán)境下保持良好的性能，提高刀具的使用壽命。為了確保原料能夠充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)，在制備雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷之前，必須對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理的主要目的是去除原料中的雜質(zhì)、水分和氧化物，提高原料的純度和活性，改善其成型性能和燒結(jié)性能。對(duì)于Ti(C,N)粉末，通常采用酸洗的方法去除其中的金屬雜質(zhì)和氧化物。將Ti(C,N)粉末浸泡在稀鹽酸或稀硫酸溶液中，在一定溫度下攪拌反應(yīng)一段時(shí)間，使雜質(zhì)和氧化物與酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成可溶性鹽類，然后通過過濾、洗滌和干燥等步驟，得到純凈的Ti(C,N)粉末。通過酸洗處理，Ti(C,N)粉末中的雜質(zhì)含量可降低至0.1%以下，有效提高了粉末的純度。金屬粘結(jié)相粉末和添加相粉末則多采用球磨的方式進(jìn)行預(yù)處理。球磨過程中，粉末與研磨介質(zhì)在球磨機(jī)中高速碰撞和摩擦，一方面可以細(xì)化粉末粒度，使粉末更加均勻；另一方面能夠去除粉末表面的氧化物和吸附的氣體，提高粉末的活性。在球磨Ni粉時(shí)，控制球磨時(shí)間為10-15小時(shí)，球料比為5:1-10:1，可以使Ni粉的粒度細(xì)化至1μm左右，顯著提高其活性和均勻性。對(duì)于所有原料，干燥處理是必不可少的環(huán)節(jié)。水分的存在會(huì)影響原料的混合均勻性，在燒結(jié)過程中還可能導(dǎo)致材料產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷，降低材料的性能。將原料置于真空干燥箱或烘箱中，在一定溫度下干燥一定時(shí)間，可有效去除水分。一般來說，將原料在120-150℃的溫度下干燥4-6小時(shí)，能夠確保水分含量降低至0.1%以下，滿足制備要求。3.2常用制備方法3.2.1真空燒結(jié)真空燒結(jié)是在高溫和一定真空度下，使具有一定形狀的陶瓷坯體通過物理化學(xué)過程轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅?、?jiān)硬、體積穩(wěn)定且具有一定性能燒結(jié)體的方法。在燒結(jié)過程中，粉末總表面能下降，宏觀上表現(xiàn)為坯體收縮、強(qiáng)度增加；微觀上則體現(xiàn)為氣孔數(shù)量減少，氣孔形狀、大小改變，晶粒尺寸及形貌變化，晶粒長(zhǎng)大，晶界減少，結(jié)構(gòu)致密化。真空燒結(jié)的原理基于氣體在高溫和真空環(huán)境下的擴(kuò)散與逸出。氧化物陶瓷坯體的氣孔中含有的水蒸氣、氫、氧等氣體，在燒結(jié)過程中借溶解、擴(kuò)散沿著坯體晶界或通過晶?？蓮臍饪字幸莩觥５渲械囊谎趸?、二氧化碳，特別是氮，由于溶解度較低，不易從氣孔中逸出，致使制品內(nèi)含有氣孔，致密度下降。如將坯體在真空條件下燒結(jié)，則所有氣體在坯體尚未完全燒結(jié)前就會(huì)從氣孔中逸出，使制品不含氣孔，從而提高制品的致密度。在燒結(jié)溫度下，爐內(nèi)壓力只有幾十帕（Pa），甚至更低，O、N、H和H?O分子極少，許多與氣體相關(guān)的反應(yīng)均可忽略，介質(zhì)的影響很小。只要嚴(yán)格控制脫蠟過程，合金的碳含量在真空燒結(jié)過程的變化極小，性能及組織相當(dāng)穩(wěn)定。真空燒結(jié)的工藝過程一般包括以下幾個(gè)階段。將經(jīng)過預(yù)處理的原料粉末按一定比例混合均勻，然后添加適當(dāng)?shù)某尚蛣ㄈ缡?、橡膠、PEG等），通過干壓成型、等靜壓成型、注射成型等方法制成具有一定形狀和尺寸的坯體。將坯體放入真空燒結(jié)爐中，關(guān)閉爐門，啟動(dòng)真空泵，將爐內(nèi)壓力抽至所需的真空度，一般為10?3-10?1Pa。緩慢升溫至脫脂溫度（一般為300℃左右），并在此溫度下保溫一段時(shí)間，使成型劑充分分解并揮發(fā)排出。在脫脂階段，升溫速度要緩慢，以防止成型劑分解過快導(dǎo)致坯體產(chǎn)生裂紋。脫脂完成后，繼續(xù)升溫至燒結(jié)溫度，升溫速度可根據(jù)材料特性和坯體尺寸進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷，燒結(jié)溫度通常在1350-1500℃之間。在燒結(jié)溫度下保溫一定時(shí)間，使原子充分?jǐn)U散，促進(jìn)坯體致密化。保溫時(shí)間一般為1-3小時(shí)。保溫結(jié)束后，停止加熱，讓坯體在爐內(nèi)自然冷卻或采用適當(dāng)?shù)睦鋮s方式（如充入惰性氣體冷卻），使坯體冷卻至室溫。真空燒結(jié)對(duì)雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷雙結(jié)構(gòu)的形成有著重要影響。在真空環(huán)境下，氣體的逸出使得坯體中的氣孔得以消除，為Ti(C,N)顆粒的生長(zhǎng)和均勻分布提供了良好的條件。在燒結(jié)過程中，Ti(C,N)顆粒會(huì)逐漸長(zhǎng)大并形成芯-殼結(jié)構(gòu)，其中殼層主要由(Ti,Mo)C或(Ti,Mo)(C,N)固溶體組成。真空燒結(jié)有利于金屬氧化物還原，整個(gè)燒結(jié)周期不用開爐門，無空氣進(jìn)入，幾乎不會(huì)發(fā)生N、O參加的反應(yīng)，從而減少了雜質(zhì)對(duì)雙結(jié)構(gòu)形成的干擾。在真空燒結(jié)過程中，硬質(zhì)相表面吸附的雜質(zhì)少，改善了粘結(jié)相對(duì)硬質(zhì)相的潤(rùn)濕性，有助于形成均勻的雙結(jié)構(gòu)，提高材料的強(qiáng)度。通過控制真空燒結(jié)的溫度、時(shí)間等參數(shù)，可以有效地調(diào)控Ti(C,N)顆粒的尺寸、形狀以及芯-殼結(jié)構(gòu)的厚度和成分，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷性能的優(yōu)化。當(dāng)燒結(jié)溫度較低時(shí)，Ti(C,N)顆粒生長(zhǎng)緩慢，芯-殼結(jié)構(gòu)較薄，材料的硬度較高但韌性相對(duì)較低；隨著燒結(jié)溫度的升高，Ti(C,N)顆粒生長(zhǎng)加快，芯-殼結(jié)構(gòu)變厚，材料的韌性會(huì)有所提高，但硬度可能會(huì)略有下降。合理控制燒結(jié)溫度和時(shí)間，可以使材料獲得良好的綜合性能。3.2.2氣氛壓力燒結(jié)氣氛壓力燒結(jié)是在特定氣氛環(huán)境下，通過施加一定壓力來促進(jìn)材料燒結(jié)的方法。其原理主要基于壓力對(duì)材料致密化過程的影響。在燒結(jié)過程中，施加壓力可以增加原子的擴(kuò)散速率，促進(jìn)顆粒之間的接觸和融合，從而加速坯體的致密化進(jìn)程。在氣氛壓力燒結(jié)中，通常采用惰性氣體（如氬氣）作為保護(hù)氣氛，以防止材料在高溫下發(fā)生氧化等化學(xué)反應(yīng)。氣氛壓力燒結(jié)的工藝過程首先將經(jīng)過預(yù)處理和混合均勻的原料粉末制成坯體，然后將坯體放入氣氛壓力燒結(jié)爐中。關(guān)閉爐門后，先將爐內(nèi)抽至一定的真空度，以去除爐內(nèi)的空氣和水分等雜質(zhì)。接著充入保護(hù)氣體（如氬氣），使?fàn)t內(nèi)達(dá)到預(yù)定的氣氛環(huán)境。逐漸升高爐內(nèi)溫度至燒結(jié)溫度，在升溫過程中可以根據(jù)需要調(diào)整升溫速度。當(dāng)達(dá)到燒結(jié)溫度后，施加一定的壓力，壓力大小一般在1-10MPa之間。在燒結(jié)溫度和壓力下保持一段時(shí)間，使材料充分致密化，保溫保壓時(shí)間通常為0.5-2小時(shí)。保溫保壓結(jié)束后，先緩慢卸壓，然后降低爐內(nèi)溫度，使坯體冷卻至室溫。氣氛壓力燒結(jié)對(duì)雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的組織和性能有著顯著影響。在組織方面，隨著燒結(jié)壓力的提高，Ti(C,N)基金屬陶瓷的孔隙率明顯降低，硬質(zhì)相之間的粘連程度加大。為了提高燒結(jié)壓力而充入更多的氬氣，會(huì)導(dǎo)致冷卻階段延長(zhǎng)，從而延長(zhǎng)了燒結(jié)時(shí)間，使環(huán)形相變厚，粘結(jié)相平均自由程增大。這些微觀結(jié)構(gòu)的變化對(duì)材料性能產(chǎn)生了重要影響。在性能方面，隨著燒結(jié)壓力的提高，材料的抗彎強(qiáng)度上升，而硬度降低。這是因?yàn)闊Y(jié)壓力的增加促進(jìn)了材料的致密化，減少了孔隙等缺陷，從而提高了抗彎強(qiáng)度；但同時(shí)，環(huán)形相的增厚和粘結(jié)相平均自由程的增大，使得材料的硬度有所降低。通過快冷處理可以使環(huán)形相變薄，粘結(jié)相固溶強(qiáng)化程度加強(qiáng)，孔隙率下降，從而使抗彎強(qiáng)度和硬度同時(shí)提高。在2MPa的燒結(jié)壓力下進(jìn)行氣氛壓力燒結(jié)，并采用快冷處理，可以獲得無“粘結(jié)相池”的致密Ti(C,N)基金屬陶瓷，其孔隙率低，抗彎強(qiáng)度可達(dá)2278MPa，洛氏硬度為91.9。氣氛壓力燒結(jié)還可以通過調(diào)整氣氛成分和壓力等參數(shù)，影響Ti(C,N)顆粒的生長(zhǎng)和芯-殼結(jié)構(gòu)的形成，進(jìn)而調(diào)控材料的組織和性能。3.2.3放電等離子燒結(jié)放電等離子燒結(jié)（SparkPlasmaSintering，SPS）是一種新型的快速燒結(jié)技術(shù)，其原理基于脈沖電流產(chǎn)生的放電等離子體對(duì)粉末顆粒的作用。在放電等離子燒結(jié)過程中，將粉末樣品放置在石墨模具中，通過上下電極施加直流脈沖電流。當(dāng)電流通過粉末顆粒時(shí)，會(huì)在顆粒之間的接觸點(diǎn)產(chǎn)生瞬間高溫和高壓，形成放電等離子體。這種放電等離子體具有以下作用：可以清除粉末顆粒表面的氧化膜和吸附的氣體，使顆粒表面活化，提高原子的擴(kuò)散速率；能夠促進(jìn)顆粒之間的燒結(jié)頸長(zhǎng)大，加速粉末的致密化進(jìn)程；還可以在較低的溫度下實(shí)現(xiàn)快速燒結(jié)，有效抑制晶粒的長(zhǎng)大。放電等離子燒結(jié)的工藝過程包括將經(jīng)過預(yù)處理的粉末裝入石墨模具中，模具通常帶有石墨沖頭，以保證良好的導(dǎo)電性和密封性。將裝有粉末的模具放入放電等離子燒結(jié)設(shè)備的真空腔室中，關(guān)閉腔室門，啟動(dòng)真空泵，將腔室內(nèi)抽至一定的真空度，一般為10?3-10?1Pa。通過上下電極對(duì)模具施加直流脈沖電流，同時(shí)逐漸升高溫度。升溫速度可以根據(jù)材料的特性和要求進(jìn)行調(diào)整，一般可達(dá)到100-300℃/min，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)燒結(jié)方法的升溫速度。在升溫過程中，根據(jù)需要調(diào)整脈沖電流的大小和頻率，以控制燒結(jié)過程中的放電等離子體強(qiáng)度。當(dāng)達(dá)到預(yù)定的燒結(jié)溫度后，保持一定的時(shí)間進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間通常較短，一般為5-30min。保溫結(jié)束后，停止施加電流，使樣品在模具中自然冷卻或采用適當(dāng)?shù)睦鋮s方式冷卻至室溫。然后取出樣品，進(jìn)行后續(xù)的加工和測(cè)試。在制備雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷時(shí)，放電等離子燒結(jié)具有諸多優(yōu)勢(shì)。其快速的升溫速度和較短的燒結(jié)時(shí)間，能夠有效抑制Ti(C,N)顆粒的長(zhǎng)大，從而獲得細(xì)小均勻的雙結(jié)構(gòu)組織。這種細(xì)小的組織結(jié)構(gòu)可以提高材料的硬度、強(qiáng)度和韌性等綜合性能。快速燒結(jié)過程還可以減少雜質(zhì)的引入和元素的擴(kuò)散不均勻性，有助于保持材料成分和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。放電等離子燒結(jié)在較低的溫度下即可實(shí)現(xiàn)良好的燒結(jié)效果，相比傳統(tǒng)燒結(jié)方法，可以降低能源消耗，提高生產(chǎn)效率。由于放電等離子燒結(jié)能夠精確控制燒結(jié)過程中的溫度、壓力和時(shí)間等參數(shù)，因此可以方便地對(duì)雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的組織結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行調(diào)控，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。3.3工藝參數(shù)對(duì)組織和性能的影響燒結(jié)溫度、時(shí)間和壓力等工藝參數(shù)對(duì)雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的組織和性能有著至關(guān)重要的影響，深入研究這些參數(shù)的作用規(guī)律，對(duì)于優(yōu)化材料性能、提高材料質(zhì)量具有重要意義。3.3.1燒結(jié)溫度的影響燒結(jié)溫度是影響雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷組織和性能的關(guān)鍵因素之一。隨著燒結(jié)溫度的升高，原子的擴(kuò)散速率顯著增加，這使得Ti(C,N)顆粒能夠更快地生長(zhǎng)和融合。在較低的燒結(jié)溫度下，原子擴(kuò)散緩慢，Ti(C,N)顆粒生長(zhǎng)不充分，顆粒之間的結(jié)合不夠緊密，導(dǎo)致材料的致密度較低，孔隙較多。此時(shí)，材料的硬度和強(qiáng)度相對(duì)較低，韌性也較差。當(dāng)燒結(jié)溫度逐漸升高時(shí)，原子擴(kuò)散加快，Ti(C,N)顆粒不斷長(zhǎng)大，顆粒之間的孔隙逐漸被填充，材料的致密度提高。在一定范圍內(nèi)，隨著致密度的提高，材料的硬度和強(qiáng)度也會(huì)相應(yīng)增加。當(dāng)燒結(jié)溫度達(dá)到1400℃時(shí)，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的致密度明顯提高，硬度和抗彎強(qiáng)度也有所增加。燒結(jié)溫度還會(huì)對(duì)Ti(C,N)顆粒的芯-殼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響。在燒結(jié)過程中，芯-殼結(jié)構(gòu)的形成與原子的擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)密切相關(guān)。隨著燒結(jié)溫度的升高，原子擴(kuò)散加劇，芯-殼結(jié)構(gòu)的殼層厚度會(huì)逐漸增加。當(dāng)燒結(jié)溫度過高時(shí)，殼層可能會(huì)過度生長(zhǎng)，導(dǎo)致芯-殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性下降，從而影響材料的性能。過高的燒結(jié)溫度還可能導(dǎo)致Ti(C,N)顆粒的異常長(zhǎng)大，使得材料的組織結(jié)構(gòu)不均勻，進(jìn)而降低材料的性能。在研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)燒結(jié)溫度超過1450℃時(shí)，Ti(C,N)顆粒出現(xiàn)明顯的異常長(zhǎng)大，材料的抗彎強(qiáng)度和韌性顯著下降。3.3.2燒結(jié)時(shí)間的影響燒結(jié)時(shí)間對(duì)雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的組織和性能同樣有著重要影響。在燒結(jié)初期，隨著燒結(jié)時(shí)間的延長(zhǎng)，原子有更多的時(shí)間進(jìn)行擴(kuò)散和反應(yīng)，Ti(C,N)顆粒逐漸長(zhǎng)大，材料的致密度不斷提高。適當(dāng)延長(zhǎng)燒結(jié)時(shí)間可以使Ti(C,N)顆粒之間的結(jié)合更加緊密，減少孔隙等缺陷，從而提高材料的硬度和強(qiáng)度。當(dāng)燒結(jié)時(shí)間從1小時(shí)延長(zhǎng)到2小時(shí)時(shí)，材料的致密度有所提高，硬度和抗彎強(qiáng)度也相應(yīng)增加。然而，燒結(jié)時(shí)間過長(zhǎng)也會(huì)帶來一些負(fù)面影響。過長(zhǎng)的燒結(jié)時(shí)間會(huì)導(dǎo)致Ti(C,N)顆粒過度長(zhǎng)大，晶粒尺寸增大，這可能會(huì)使材料的韌性下降。長(zhǎng)時(shí)間的燒結(jié)還可能導(dǎo)致元素的過度擴(kuò)散，使材料的成分和組織結(jié)構(gòu)不均勻，影響材料的性能穩(wěn)定性。當(dāng)燒結(jié)時(shí)間超過3小時(shí)時(shí)，Ti(C,N)顆粒過度長(zhǎng)大，材料的韌性明顯降低，同時(shí)成分偏析現(xiàn)象加劇，導(dǎo)致材料性能波動(dòng)較大。3.3.3燒結(jié)壓力的影響燒結(jié)壓力在雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的制備過程中起著重要作用。隨著燒結(jié)壓力的增加，材料的致密化進(jìn)程得到顯著促進(jìn)。在較低的燒結(jié)壓力下，粉末顆粒之間的接觸不夠緊密，原子擴(kuò)散受到一定限制，材料的致密度較低。當(dāng)燒結(jié)壓力提高時(shí)，粉末顆粒之間的接觸更加緊密，原子擴(kuò)散速率增加，孔隙更容易被排除，從而使材料的致密度迅速提高。在2MPa的燒結(jié)壓力下，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的孔隙率明顯降低，致密度顯著提高。燒結(jié)壓力對(duì)材料的微觀組織結(jié)構(gòu)也有重要影響。隨著燒結(jié)壓力的增加，硬質(zhì)相之間的粘連程度加大，環(huán)形相變厚，粘結(jié)相平均自由程增大。這些微觀結(jié)構(gòu)的變化對(duì)材料的性能產(chǎn)生了顯著影響。隨著燒結(jié)壓力的提高，材料的抗彎強(qiáng)度上升，這是因?yàn)橹旅芑潭鹊奶岣吆陀操|(zhì)相之間粘連程度的加大，使得材料能夠承受更大的外力。而硬度降低則是由于環(huán)形相的增厚和粘結(jié)相平均自由程的增大，導(dǎo)致材料的硬度有所下降。通過快冷處理可以使環(huán)形相變薄，粘結(jié)相固溶強(qiáng)化程度加強(qiáng)，孔隙率下降，從而使抗彎強(qiáng)度和硬度同時(shí)提高。在2MPa的燒結(jié)壓力下進(jìn)行氣氛壓力燒結(jié)，并采用快冷處理，可以獲得無“粘結(jié)相池”的致密Ti(C,N)基金屬陶瓷，其孔隙率低，抗彎強(qiáng)度可達(dá)2278MPa，洛氏硬度為91.9。四、雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的組織分析4.1微觀組織結(jié)構(gòu)特征4.1.1陶瓷相結(jié)構(gòu)雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的陶瓷相主要為Ti(C,N)固溶體，具有面心立方（FCC）晶體結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，Ti原子位于晶格的頂點(diǎn)和面心位置，C和N原子則隨機(jī)占據(jù)八面體間隙位置，形成連續(xù)固溶體。Ti(C,N)固溶體的晶體結(jié)構(gòu)賦予了陶瓷相高硬度和高耐磨性，其硬度一般可達(dá)HRA91-95，部分高性能產(chǎn)品甚至能超過HRA95。從形態(tài)上看，陶瓷相Ti(C,N)顆粒呈現(xiàn)出多樣的形態(tài)特征。在微觀結(jié)構(gòu)中，Ti(C,N)顆粒通常為近似球形或多邊形，其尺寸分布范圍較廣，從納米級(jí)到微米級(jí)不等。通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察發(fā)現(xiàn)，在一些雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷中，存在著不同尺寸的Ti(C,N)顆粒，小尺寸顆粒一般在幾十納米到幾百納米之間，大尺寸顆粒則可達(dá)數(shù)微米。這種不同尺寸顆粒的分布，對(duì)材料的性能有著重要影響。較小尺寸的顆粒能夠細(xì)化材料的微觀結(jié)構(gòu)，增加晶界面積，從而提高材料的強(qiáng)度和硬度；而較大尺寸的顆粒則在一定程度上可以提高材料的韌性，因?yàn)榇箢w粒在裂紋擴(kuò)展過程中能夠起到阻礙裂紋擴(kuò)展的作用，消耗裂紋擴(kuò)展的能量，從而提高材料的斷裂韌性。在部分雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷中，Ti(C,N)顆粒還呈現(xiàn)出芯-殼結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的核心部分為Ti(C,N)固溶體，殼層則主要由(Ti,Mo)C或(Ti,Mo)(C,N)固溶體組成。通過透射電子顯微鏡（TEM）和X射線能譜（EDS）分析可以清晰地觀察到芯-殼結(jié)構(gòu)的存在以及殼層的成分。芯-殼結(jié)構(gòu)的形成與燒結(jié)過程中的原子擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)密切相關(guān)。在燒結(jié)過程中，Mo等元素從粘結(jié)相擴(kuò)散到Ti(C,N)顆粒表面，與Ti(C,N)發(fā)生反應(yīng)，形成了富含Mo的殼層。芯-殼結(jié)構(gòu)對(duì)材料的性能有著顯著影響，殼層能夠有效地緩解界面內(nèi)應(yīng)力，阻止裂紋從芯部向基體擴(kuò)展，從而提高材料的韌性。當(dāng)材料受到外力作用時(shí)，裂紋在擴(kuò)展過程中遇到芯-殼結(jié)構(gòu)，殼層可以通過塑性變形來消耗裂紋擴(kuò)展的能量，使裂紋發(fā)生偏轉(zhuǎn)或停止擴(kuò)展，從而提高材料的斷裂韌性。Ti(C,N)顆粒在金屬陶瓷基體中的分布也具有一定特點(diǎn)。在理想情況下，Ti(C,N)顆粒應(yīng)均勻分布在金屬基體中，這樣可以保證材料性能的均勻性。然而，在實(shí)際制備過程中，由于各種因素的影響，如原料粉末的混合均勻性、燒結(jié)工藝等，Ti(C,N)顆粒的分布可能會(huì)存在一定的不均勻性。通過SEM觀察可以發(fā)現(xiàn)，在一些區(qū)域，Ti(C,N)顆?？赡軙?huì)出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，而在另一些區(qū)域，顆粒分布則相對(duì)稀疏。顆粒分布的不均勻性會(huì)對(duì)材料的性能產(chǎn)生負(fù)面影響，團(tuán)聚的顆粒會(huì)導(dǎo)致局部應(yīng)力集中，降低材料的強(qiáng)度和韌性；而顆粒分布稀疏的區(qū)域則會(huì)使材料的硬度和耐磨性下降。因此，在制備雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷時(shí)，需要采取措施來提高Ti(C,N)顆粒的分布均勻性，如優(yōu)化原料粉末的混合工藝、控制燒結(jié)工藝參數(shù)等。4.1.2金屬相結(jié)構(gòu)雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷中的金屬相主要作為粘結(jié)相，將陶瓷相顆粒緊密地粘結(jié)在一起，賦予材料良好的韌性和導(dǎo)熱性。常用的金屬粘結(jié)相有Ni、Co等，它們通常以連續(xù)相的形式存在于陶瓷相顆粒之間。Ni作為粘結(jié)相，具有面心立方（FCC）晶體結(jié)構(gòu)，其原子排列緊密，具有良好的延展性和導(dǎo)電性。在雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷中，Ni粘結(jié)相能夠有效地包裹Ti(C,N)陶瓷相顆粒，形成良好的界面結(jié)合。通過SEM和TEM觀察可以發(fā)現(xiàn)，Ni粘結(jié)相均勻地分布在Ti(C,N)顆粒周圍，填充了顆粒之間的孔隙，使材料形成一個(gè)致密的整體。Ni粘結(jié)相的存在，極大地提高了材料的韌性。當(dāng)材料受到外力沖擊時(shí)，Ni粘結(jié)相能夠發(fā)生塑性變形，吸收能量，從而有效地阻止裂紋的擴(kuò)展，提高材料的抗沖擊能力。在切削加工過程中，刀具會(huì)受到切削力的沖擊，Ni粘結(jié)相能夠使刀具在承受沖擊時(shí)保持結(jié)構(gòu)的完整性，減少刀具的破損。Co作為粘結(jié)相，具有密排六方（HCP）晶體結(jié)構(gòu)，它同樣具有較高的強(qiáng)度和硬度，能夠提高材料的整體強(qiáng)度和耐磨性。在雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷中，Co粘結(jié)相也能與Ti(C,N)陶瓷相顆粒形成良好的結(jié)合。Co粘結(jié)相的存在可以增強(qiáng)材料的耐磨性，在耐磨零件制造中，如礦山機(jī)械的破碎機(jī)錘頭、球磨機(jī)襯板等，Co粘結(jié)相能夠使零件在高摩擦力的工作環(huán)境中保持良好的耐磨性，延長(zhǎng)零件的使用壽命。金屬相在陶瓷相之間的分布情況對(duì)材料性能有著重要影響。理想狀態(tài)下，金屬相應(yīng)均勻地分布在陶瓷相顆粒之間，確保材料性能的一致性。然而，實(shí)際制備過程中，金屬相的分布可能會(huì)出現(xiàn)不均勻的情況。在某些區(qū)域，金屬相可能會(huì)富集，形成“粘結(jié)相池”；而在另一些區(qū)域，金屬相的含量則相對(duì)較少。金屬相分布的不均勻會(huì)導(dǎo)致材料性能的不均勻性，“粘結(jié)相池”的存在可能會(huì)降低材料的硬度和耐磨性，而金屬相含量較少的區(qū)域則會(huì)使材料的韌性下降。因此，在制備雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷時(shí)，需要嚴(yán)格控制制備工藝，確保金屬相在陶瓷相之間均勻分布。金屬相與陶瓷相之間的結(jié)合方式主要為冶金結(jié)合。在燒結(jié)過程中，金屬相和陶瓷相之間發(fā)生原子擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)，形成了牢固的結(jié)合界面。通過高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）和能譜分析可以觀察到，在金屬相和陶瓷相的界面處，存在著元素的擴(kuò)散過渡層，這表明金屬相和陶瓷相之間形成了良好的冶金結(jié)合。這種冶金結(jié)合方式能夠有效地傳遞應(yīng)力，使金屬相和陶瓷相協(xié)同工作，共同發(fā)揮作用，從而提高材料的綜合性能。4.1.3界面結(jié)構(gòu)雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷中陶瓷相和金屬相界面的結(jié)構(gòu)特征對(duì)材料的性能起著至關(guān)重要的作用。界面是陶瓷相和金屬相相互作用的區(qū)域，其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)直接影響著材料的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。通過高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）和掃描透射電子顯微鏡（STEM）等先進(jìn)分析手段可以觀察到，陶瓷相和金屬相的界面并非是一個(gè)簡(jiǎn)單的幾何平面，而是存在著一定的過渡區(qū)域。在這個(gè)過渡區(qū)域內(nèi)，原子的排列方式既不同于陶瓷相，也不同于金屬相，而是呈現(xiàn)出一種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。在Ti(C,N)陶瓷相和Ni金屬相的界面處，存在著一個(gè)厚度約為幾納米的過渡層，過渡層內(nèi)的原子排列較為混亂，同時(shí)含有Ti、C、N、Ni等元素。這種過渡結(jié)構(gòu)的存在，使得陶瓷相和金屬相之間能夠?qū)崿F(xiàn)良好的結(jié)合，有效地傳遞應(yīng)力，提高材料的力學(xué)性能。在陶瓷相和金屬相的界面處，存在著元素的擴(kuò)散現(xiàn)象。在燒結(jié)過程中，由于高溫的作用，原子具有較高的活性，不同元素會(huì)在界面處發(fā)生擴(kuò)散。Mo、W等元素會(huì)從金屬相擴(kuò)散到陶瓷相，而Ti、C、N等元素則會(huì)從陶瓷相擴(kuò)散到金屬相。通過電子探針微區(qū)分析（EPMA）和能譜分析（EDS）可以準(zhǔn)確地檢測(cè)到元素在界面處的擴(kuò)散情況。元素的擴(kuò)散對(duì)界面結(jié)構(gòu)和性能有著重要影響。一方面，元素的擴(kuò)散可以使界面處的成分逐漸趨于均勻，形成一個(gè)成分漸變的過渡區(qū)域，增強(qiáng)界面的結(jié)合強(qiáng)度；另一方面，擴(kuò)散過程中可能會(huì)形成一些新的化合物或固溶體，這些新相的形成會(huì)改變界面的結(jié)構(gòu)和性能。在Ti(C,N)陶瓷相和Ni-Mo金屬相的界面處，Mo元素的擴(kuò)散會(huì)與Ti(C,N)反應(yīng)，形成(Ti,Mo)(C,N)固溶體，這種固溶體的形成不僅增強(qiáng)了界面的結(jié)合強(qiáng)度，還提高了材料的硬度和耐磨性。界面結(jié)合強(qiáng)度是衡量陶瓷相和金屬相結(jié)合質(zhì)量的重要指標(biāo)。界面結(jié)合強(qiáng)度的高低直接影響著材料在受力時(shí)的性能表現(xiàn)。如果界面結(jié)合強(qiáng)度不足，在受力過程中，界面處容易發(fā)生脫粘，導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，從而降低材料的力學(xué)性能。采用劃痕法、拉伸試驗(yàn)等方法可以對(duì)界面結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試。研究表明，通過優(yōu)化制備工藝，如控制燒結(jié)溫度、時(shí)間和壓力等參數(shù)，可以有效地提高陶瓷相和金屬相的界面結(jié)合強(qiáng)度。在合適的燒結(jié)溫度下，原子的擴(kuò)散更加充分，能夠形成更加牢固的界面結(jié)合；適當(dāng)延長(zhǎng)燒結(jié)時(shí)間也有助于元素的擴(kuò)散和界面反應(yīng)的進(jìn)行，從而提高界面結(jié)合強(qiáng)度。添加一些活性元素，如Cr、V等，也可以改善界面的潤(rùn)濕性，增強(qiáng)界面結(jié)合強(qiáng)度。這些活性元素能夠降低界面能，促進(jìn)原子的擴(kuò)散和反應(yīng)，使陶瓷相和金屬相之間的結(jié)合更加緊密。4.2組織結(jié)構(gòu)的影響因素4.2.1成分組成成分組成是影響雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷組織結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素之一，不同元素的含量變化會(huì)對(duì)陶瓷相、金屬相以及界面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響，進(jìn)而決定材料的性能。在陶瓷相方面，Ti(C,N)中C、N含量及比例的變化會(huì)改變其晶體結(jié)構(gòu)和性能。C、N原子在Ti的晶格中相互替代形成固溶體，不同的C、N比例會(huì)導(dǎo)致晶格參數(shù)發(fā)生變化，從而影響Ti(C,N)的硬度、韌性和抗氧化性等性能。當(dāng)N含量相對(duì)較高時(shí)，Ti(C,N)的硬度和抗氧化性會(huì)有所提高，因?yàn)镹原子的引入會(huì)使晶格畸變程度增大，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而提高硬度；同時(shí)，在高溫下，N原子能夠與氧結(jié)合形成更穩(wěn)定的氧化物，增強(qiáng)材料的抗氧化能力。在高溫切削加工中，高N含量的Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具能夠更好地抵抗高溫氧化，保持刀具的切削性能。而當(dāng)C含量相對(duì)較高時(shí)，材料的韌性可能會(huì)得到一定改善，這是因?yàn)镃原子在一定程度上可以調(diào)節(jié)晶格的應(yīng)力狀態(tài)，減少裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，從而提高韌性。在承受沖擊載荷的切削加工場(chǎng)合，適當(dāng)提高C含量可以有效減少刀具的破損率。添加相的種類和含量對(duì)陶瓷相的影響也十分顯著。添加WC能夠顯著提高材料的硬度和耐磨性。WC具有極高的硬度，在Ti(C,N)基金屬陶瓷中，WC顆粒彌散分布在Ti(C,N)基體中，起到彌散強(qiáng)化的作用，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而提高材料的硬度和耐磨性。當(dāng)WC含量增加時(shí)，材料的硬度和耐磨性會(huì)明顯提高，但同時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致韌性有所下降，因?yàn)閃C顆粒的增加會(huì)使材料內(nèi)部的應(yīng)力集中點(diǎn)增多，裂紋更容易產(chǎn)生和擴(kuò)展。添加TaC則可以提高材料的高溫穩(wěn)定性和抗氧化性。TaC在高溫下能夠形成穩(wěn)定的氧化物保護(hù)膜，阻止氧氣進(jìn)一步侵蝕材料內(nèi)部，從而提高材料的高溫性能。在航空航天領(lǐng)域的高溫部件中，添加TaC的雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷能夠在高溫環(huán)境下保持良好的性能，提高部件的使用壽命。金屬相方面，粘結(jié)相的種類和含量對(duì)組織結(jié)構(gòu)和性能有著重要影響。Ni作為粘結(jié)相，具有良好的抗氧化性和耐腐蝕性，能夠在高溫環(huán)境下穩(wěn)定存在。Ni含量的增加會(huì)使材料的韌性提高，這是因?yàn)镹i具有較好的延展性，能夠在材料受到外力沖擊時(shí)發(fā)生塑性變形，吸收能量，從而阻止裂紋的擴(kuò)展。當(dāng)Ni含量從10%增加到15%時(shí)，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性會(huì)有所提高。然而，Ni含量過高可能會(huì)導(dǎo)致材料的硬度降低，因?yàn)檫^多的Ni會(huì)使陶瓷相的相對(duì)含量減少，從而降低材料的整體硬度。Co作為粘結(jié)相，具有較高的強(qiáng)度和硬度，能夠提高材料的整體強(qiáng)度和耐磨性。Co含量的增加可以增強(qiáng)材料的耐磨性，但Co含量過高可能會(huì)使材料的韌性下降，因?yàn)镃o的硬度較高，過多的Co會(huì)使材料變得更加脆性，裂紋更容易擴(kuò)展。成分組成還會(huì)對(duì)陶瓷相和金屬相之間的界面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。不同元素在界面處的擴(kuò)散和反應(yīng)會(huì)改變界面的成分和結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響界面結(jié)合強(qiáng)度。Mo、W等元素從金屬相擴(kuò)散到陶瓷相，會(huì)與Ti(C,N)發(fā)生反應(yīng)，形成新的化合物或固溶體，增強(qiáng)界面結(jié)合強(qiáng)度。在Ti(C,N)陶瓷相和Ni-Mo金屬相的界面處，Mo元素的擴(kuò)散會(huì)形成(Ti,Mo)(C,N)固溶體，這種固溶體的形成使得界面處的原子結(jié)合更加緊密，增強(qiáng)了界面結(jié)合強(qiáng)度，從而提高了材料的力學(xué)性能。而當(dāng)界面處的元素?cái)U(kuò)散不均勻或發(fā)生異常反應(yīng)時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致界面結(jié)合強(qiáng)度降低，影響材料的性能。如果在制備過程中，由于燒結(jié)溫度或時(shí)間控制不當(dāng)，導(dǎo)致界面處的元素?cái)U(kuò)散不充分，就會(huì)使界面結(jié)合強(qiáng)度下降，材料在受力時(shí)容易在界面處發(fā)生脫粘，降低材料的力學(xué)性能。4.2.2制備工藝制備工藝是影響雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷組織結(jié)構(gòu)的重要因素，不同的制備工藝參數(shù)會(huì)對(duì)材料的致密化過程、晶粒生長(zhǎng)以及相分布等產(chǎn)生顯著影響，進(jìn)而決定材料的組織結(jié)構(gòu)和性能。真空燒結(jié)作為一種常用的制備工藝，其燒結(jié)溫度、時(shí)間和壓力等參數(shù)對(duì)組織結(jié)構(gòu)有著重要影響。隨著燒結(jié)溫度的升高，原子的擴(kuò)散速率加快，Ti(C,N)顆粒的生長(zhǎng)和融合過程加速。在較低的燒結(jié)溫度下，原子擴(kuò)散緩慢，Ti(C,N)顆粒生長(zhǎng)不充分，顆粒之間的結(jié)合不夠緊密，導(dǎo)致材料的致密度較低，孔隙較多，組織結(jié)構(gòu)不夠均勻。當(dāng)燒結(jié)溫度達(dá)到1400℃時(shí)，原子擴(kuò)散加劇，Ti(C,N)顆粒不斷長(zhǎng)大，顆粒之間的孔隙逐漸被填充，材料的致密度提高，組織結(jié)構(gòu)更加致密均勻。然而，過高的燒結(jié)溫度可能會(huì)導(dǎo)致Ti(C,N)顆粒異常長(zhǎng)大，晶粒尺寸分布不均勻，從而影響材料的性能。當(dāng)燒結(jié)溫度超過1450℃時(shí)，Ti(C,N)顆粒會(huì)出現(xiàn)明顯的異常長(zhǎng)大，材料的抗彎強(qiáng)度和韌性顯著下降。燒結(jié)時(shí)間對(duì)組織結(jié)構(gòu)也有重要影響。在燒結(jié)初期，隨著燒結(jié)時(shí)間的延長(zhǎng)，原子有更多的時(shí)間進(jìn)行擴(kuò)散和反應(yīng)，Ti(C,N)顆粒逐漸長(zhǎng)大，材料的致密度不斷提高。適當(dāng)延長(zhǎng)燒結(jié)時(shí)間可以使Ti(C,N)顆粒之間的結(jié)合更加緊密，減少孔隙等缺陷，從而優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)。當(dāng)燒結(jié)時(shí)間從1小時(shí)延長(zhǎng)到2小時(shí)時(shí)，材料的致密度有所提高，孔隙率降低，組織結(jié)構(gòu)更加致密。然而，燒結(jié)時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致Ti(C,N)顆粒過度長(zhǎng)大，晶粒尺寸增大，可能會(huì)使材料的韌性下降，同時(shí)還可能導(dǎo)致元素的過度擴(kuò)散，使材料的成分和組織結(jié)構(gòu)不均勻，影響材料的性能穩(wěn)定性。當(dāng)燒結(jié)時(shí)間超過3小時(shí)時(shí)，Ti(C,N)顆粒過度長(zhǎng)大，材料的韌性明顯降低，同時(shí)成分偏析現(xiàn)象加劇，導(dǎo)致材料性能波動(dòng)較大。氣氛壓力燒結(jié)中，燒結(jié)壓力和氣氛成分對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響較為顯著。隨著燒結(jié)壓力的增加，材料的致密化進(jìn)程得到顯著促進(jìn)。在較低的燒結(jié)壓力下，粉末顆粒之間的接觸不夠緊密，原子擴(kuò)散受到一定限制，材料的致密度較低，孔隙較多。當(dāng)燒結(jié)壓力提高時(shí)，粉末顆粒之間的接觸更加緊密，原子擴(kuò)散速率增加，孔隙更容易被排除，從而使材料的致密度迅速提高。在2MPa的燒結(jié)壓力下，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的孔隙率明顯降低，致密度顯著提高。氣氛成分也會(huì)影響材料的組織結(jié)構(gòu)。在惰性氣體（如氬氣）保護(hù)下進(jìn)行燒結(jié)，可以防止材料在高溫下發(fā)生氧化等化學(xué)反應(yīng)，保證材料的成分和組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。放電等離子燒結(jié)以其獨(dú)特的快速燒結(jié)特點(diǎn)，對(duì)雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重要影響。其快速的升溫速度和較短的燒結(jié)時(shí)間，能夠有效抑制Ti(C,N)顆粒的長(zhǎng)大，從而獲得細(xì)小均勻的雙結(jié)構(gòu)組織。在傳統(tǒng)燒結(jié)方法中，由于升溫速度較慢，Ti(C,N)顆粒在長(zhǎng)時(shí)間的高溫環(huán)境下容易長(zhǎng)大，導(dǎo)致晶粒尺寸分布不均勻。而放電等離子燒結(jié)能夠在短時(shí)間內(nèi)使粉末達(dá)到燒結(jié)溫度，減少了Ti(C,N)顆粒的生長(zhǎng)時(shí)間，從而獲得細(xì)小均勻的晶粒結(jié)構(gòu)。這種細(xì)小的組織結(jié)構(gòu)可以提高材料的硬度、強(qiáng)度和韌性等綜合性能，因?yàn)榧?xì)小的晶粒增加了晶界面積，晶界能夠阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，提高材料的強(qiáng)度和硬度；同時(shí)，晶界還能夠吸收裂紋擴(kuò)展的能量，提高材料的韌性。快速燒結(jié)過程還可以減少雜質(zhì)的引入和元素的擴(kuò)散不均勻性，有助于保持材料成分和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。4.3組織表征方法為深入探究雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的微觀組織結(jié)構(gòu)，采用了多種先進(jìn)的表征方法，這些方法從不同角度揭示了材料的組織結(jié)構(gòu)特征，為研究材料性能與組織結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系提供了重要依據(jù)。掃描電子顯微鏡（SEM）是研究雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷微觀組織的重要手段之一。其工作原理基于電子與物質(zhì)的相互作用。當(dāng)高能電子束照射到樣品表面時(shí)，會(huì)激發(fā)出多種信號(hào)，其中二次電子和背散射電子是SEM成像的主要信號(hào)來源。二次電子是由樣品表面被入射電子激發(fā)出來的外層電子，其產(chǎn)額與樣品表面的形貌密切相關(guān)，能夠清晰地反映樣品表面的微觀形貌細(xì)節(jié)。背散射電子則是被樣品原子反射回來的入射電子，其產(chǎn)額與樣品原子序數(shù)有關(guān)，原子序數(shù)越大，背散射電子產(chǎn)額越高，因此背散射電子圖像可以用于分析樣品中不同元素的分布情況。在對(duì)雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷進(jìn)行SEM分析時(shí)，通過二次電子成像可以清晰地觀察到Ti(C,N)顆粒的尺寸、形狀和分布情況。在一些雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷樣品中，能夠觀察到不同尺寸的Ti(C,N)顆粒，小尺寸顆粒一般在幾十納米到幾百納米之間，大尺寸顆粒則可達(dá)數(shù)微米，且顆粒形狀近似球形或多邊形。通過背散射電子成像，可以分析陶瓷相和金屬相的分布以及兩者之間的界面情況。能夠清晰地看到金屬相作為粘結(jié)相均勻地分布在Ti(C,N)陶瓷相顆粒之間，填充了顆粒之間的孔隙，形成了良好的界面結(jié)合。在觀察陶瓷相和金屬相的界面時(shí)，還可以利用SEM的能譜分析（EDS）功能，對(duì)界面處的元素分布進(jìn)行分析，進(jìn)一步了解界面的成分和結(jié)構(gòu)。透射電子顯微鏡（TEM）則能夠提供更微觀層面的組織結(jié)構(gòu)信息。其工作原理是將電子束透過樣品，由于樣品不同部位對(duì)電子的散射能力不同，從而在熒光屏或底片上形成明暗不同的圖像。TEM具有極高的分辨率，能夠觀察到材料的晶體結(jié)構(gòu)、晶格缺陷以及原子排列等微觀細(xì)節(jié)。在研究雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷時(shí)，TEM可以用于觀察Ti(C,N)顆粒的芯-殼結(jié)構(gòu)。通過高分辨率TEM成像，可以清晰地分辨出芯部的Ti(C,N)固溶體和殼層的(Ti,Mo)C或(Ti,Mo)(C,N)固溶體，測(cè)量殼層的厚度，并分析芯-殼結(jié)構(gòu)中原子的排列方式和元素分布。TEM還可以用于觀察陶瓷相和金屬相界面的原子結(jié)構(gòu)，研究界面處原子的擴(kuò)散和結(jié)合情況，為深入理解界面結(jié)構(gòu)對(duì)材料性能的影響提供微觀依據(jù)。通過TEM觀察發(fā)現(xiàn)，在陶瓷相和金屬相的界面處，存在著一個(gè)厚度約為幾納米的過渡層，過渡層內(nèi)原子排列較為混亂，同時(shí)含有Ti、C、N、Ni等元素，這表明界面處存在著復(fù)雜的原子擴(kuò)散和相互作用。X射線衍射（XRD）是一種用于分析材料物相組成的重要方法。其原理基于X射線與晶體的相互作用，當(dāng)X射線照射到晶體上時(shí)，會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，不同的晶體結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生特定的衍射圖案，通過分析衍射圖案可以確定材料中存在的物相種類和相對(duì)含量。在雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的研究中，XRD可以用于確定陶瓷相和金屬相的種類。通過XRD分析可以明確材料中Ti(C,N)陶瓷相的存在形式以及金屬粘結(jié)相（如Ni、Co等）的種類。XRD還可以用于分析材料在制備過程中的相變情況，研究添加相（如WC、TaC等）在燒結(jié)過程中的溶解和析出行為，以及這些行為對(duì)材料組織結(jié)構(gòu)和性能的影響。當(dāng)添加WC時(shí)，通過XRD分析可以檢測(cè)到WC相的存在，并觀察到隨著燒結(jié)溫度和時(shí)間的變化，WC相的衍射峰強(qiáng)度和位置的變化，從而了解WC在材料中的溶解和析出過程。電子探針微區(qū)分析（EPMA）是一種用于分析材料微區(qū)化學(xué)成分的方法。其工作原理是利用高能電子束激發(fā)樣品表面，使樣品中的元素發(fā)射出特征X射線，通過檢測(cè)這些特征X射線的能量和強(qiáng)度，可以確定樣品微區(qū)中元素的種類和含量。在研究雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷時(shí)，EPMA可以精確地分析陶瓷相、金屬相以及界面處的元素組成和分布。通過EPMA分析，可以確定Ti(C,N)顆粒中C、N、Ti等元素的含量，以及金屬粘結(jié)相中Ni、Co等元素的含量。在分析陶瓷相和金屬相的界面時(shí)，EPMA能夠檢測(cè)到界面處元素的擴(kuò)散情況，確定元素在界面處的濃度分布，為研究界面結(jié)構(gòu)和性能提供詳細(xì)的化學(xué)成分信息。在Ti(C,N)陶瓷相和Ni金屬相的界面處，通過EPMA分析可以清晰地看到Ni元素從金屬相向陶瓷相擴(kuò)散的趨勢(shì)，以及Ti、C、N等元素從陶瓷相向金屬相擴(kuò)散的情況，從而深入了解界面處的元素?cái)U(kuò)散機(jī)制。五、雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的性能研究5.1力學(xué)性能5.1.1硬度硬度是衡量雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷抵抗局部塑性變形能力的重要指標(biāo)，對(duì)其在切削加工、耐磨零件制造等領(lǐng)域的應(yīng)用具有關(guān)鍵意義。常用的硬度測(cè)試方法有洛氏硬度（HRA）、維氏硬度（HV）和努普硬度（HK）測(cè)試法，每種方法都有其特點(diǎn)和適用范圍。洛氏硬度測(cè)試法操作簡(jiǎn)便、效率高，在工業(yè)生產(chǎn)和材料性能檢測(cè)中應(yīng)用廣泛。其原理是將金剛石圓錐壓頭或鋼球壓頭在一定載荷下壓入材料表面，根據(jù)壓痕深度計(jì)算硬度值。對(duì)于雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷，通常采用HRA標(biāo)尺進(jìn)行測(cè)試，因?yàn)槠溥m用于高硬度材料，測(cè)量范圍為20-88。在使用洛氏硬度計(jì)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，需確保試樣表面平整、光滑，以保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。將試樣放置在硬度計(jì)工作臺(tái)上，調(diào)整好位置后，施加初始載荷10kgf，然后再施加主載荷70kgf，保持一定時(shí)間后卸載，通過硬度計(jì)的讀數(shù)裝置讀取硬度值。維氏硬度測(cè)試法能更精確地反映材料的硬度特性，尤其適用于研究材料微觀結(jié)構(gòu)與硬度之間的關(guān)系。其原理是用相對(duì)面夾角為136°的金剛石正四棱錐體壓頭，在一定載荷下壓入材料表面，根據(jù)壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度計(jì)算硬度值，計(jì)算公式為HV=1.854P/d2，其中P為荷重（kg），d為對(duì)角線長(zhǎng)度（mm）。維氏硬度測(cè)試的荷重范圍一般為10-100g，測(cè)試時(shí)壓痕較小，對(duì)試樣表面損傷較小，可用于測(cè)試小尺寸試樣或材料的微觀區(qū)域硬度。在研究雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷中不同相的硬度時(shí)，維氏硬度測(cè)試法能夠準(zhǔn)確測(cè)量Ti(C,N)陶瓷相和金屬粘結(jié)相的硬度，通過對(duì)比分析，深入了解各相硬度對(duì)材料整體硬度的貢獻(xiàn)。努普硬度測(cè)試法的壓痕形狀特殊，其長(zhǎng)棱夾角為172°，短棱夾角為130°，底面為菱形。測(cè)試時(shí)，根據(jù)壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度算出投影面積，進(jìn)而計(jì)算硬度值，計(jì)算公式為HK=14.23P/L2，其中P為荷重（kg），L為對(duì)角線長(zhǎng)度（mm）。努普硬度測(cè)試的荷重一般為10-200g，壓痕長(zhǎng)，易于測(cè)量，測(cè)量誤差相對(duì)較小。在研究雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的硬度均勻性時(shí)，努普硬度測(cè)試法可以通過在不同位置進(jìn)行測(cè)試，獲取材料表面硬度的分布情況，為評(píng)估材料的質(zhì)量和性能提供依據(jù)。影響雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷硬度的因素眾多。陶瓷相的硬度和含量是關(guān)鍵因素之一，Ti(C,N)陶瓷相本身具有高硬度，其含量的增加會(huì)提高材料的整體硬度。當(dāng)Ti(C,N)含量從50%增加到60%時(shí)，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的硬度明顯提高。金屬粘結(jié)相的種類和含量也會(huì)對(duì)硬度產(chǎn)生影響。Co作為粘結(jié)相，其硬度較高，適當(dāng)增加Co含量可以提高材料的硬度；而Ni粘結(jié)相的硬度相對(duì)較低，過多的Ni含量可能會(huì)導(dǎo)致材料硬度降低。添加相的種類和含量同樣會(huì)影響硬度。添加WC等硬度較高的添加相，可以顯著提高材料的硬度；而添加一些韌性較好但硬度較低的添加相，可能會(huì)在一定程度上降低材料的硬度。微觀組織結(jié)構(gòu)也與硬度密切相關(guān)。細(xì)小均勻的晶粒結(jié)構(gòu)可以增加晶界面積，晶界能夠阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而提高材料的硬度。當(dāng)晶粒尺寸從5μm細(xì)化到2μm時(shí)，雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的硬度有所提高。芯-殼結(jié)構(gòu)中殼層的厚度和成分也會(huì)影響硬度，合適的殼層結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)材料的硬度。5.1.2抗彎強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度是衡量雙結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷抵抗彎曲載荷能力的重要力學(xué)性能指標(biāo)，對(duì)于評(píng)估其在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性和穩(wěn)定性具有重要意義。抗彎強(qiáng)度的測(cè)試原理基于三點(diǎn)彎曲或四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)。在三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)中，將矩形截面的試樣放置在兩個(gè)支撐點(diǎn)上，在試樣的跨中位置施加集中載荷，隨著載荷的逐漸增加，試樣發(fā)生彎曲變形。當(dāng)載荷達(dá)到一定程度時(shí)，試樣會(huì)在受拉側(cè)出現(xiàn)裂紋并最終斷裂。根據(jù)材料力學(xué)原理，抗彎強(qiáng)度σ計(jì)算公式為：σ=3FL/2bh2，其中F為試樣斷裂時(shí)的載荷，L為跨距，b為試樣寬度，h為試樣高度。在四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)中，試樣同樣放置在兩個(gè)支撐點(diǎn)上，但加載方式是在兩個(gè)加載點(diǎn)上施加相等的載荷，這兩個(gè)加載點(diǎn)位于支撐點(diǎn)之間且