金属陶瓷
金属陶瓷的英文术语"cermet"或"ceramet"由陶瓷（ceramic）与金属（metal）的词根组合而成，代表着一类兼具双重材料特性的先进复合材料体系。该材料的定义范畴随技术发展呈现动态演进特征：早期广义概念将其界定为陶瓷组分与金属组分的复合体系，或通过粉末冶金工艺制备的陶金复合材料；《辞海》从性能角度将其阐释为融合金属韧性与陶瓷耐高温、高强度及抗氧化特性的功能梯度材料；美国材料试验协会（ASTM）专业委员会则给出量化标准，将其定义为由金属基体（或合金）与一种或多种陶瓷相（体积占比15%至85%）构成的非均质复合材料，特别强调制备温度下两相间需保持较低的固溶度。从材料科学视角的狭义界定来看，金属陶瓷特指金属相与陶瓷相在三维空间形成连续界面网络的复合结构，这种微观拓扑特征赋予其独特的力-热耦合性能。
历史沿革
作为金属陶瓷领域的先驱性材料体系，WC-Co基金属陶瓷凭借其卓越的力学性能（维氏硬度达HRC 80-92，室温抗压强度突破6000 MPa）长期占据高端制造领域核心地位。然而，钨钴资源约束驱动了无钨化技术路径的持续革新，其演进历程可划分为三个标志性阶段：
- 战时技术突破（1940s）：德国率先开发镍基粘结TiC金属陶瓷，奠定无钨化技术基础；
- 韧性优化阶段（1960s）：美国福特汽车公司通过钼元素微合金化策略，显著改善Ni基金属相与碳化物陶瓷相的界面润湿性，使材料断裂韧性提升40%-60%；
- 复合相创新阶段（1980s-）：引入氮化物构建多元硬质相体系，并开发钴基多元粘结相技术，实现硬度-韧性的平衡优化。
当前，硼化物基金属陶瓷正成为战略前沿方向。这类材料通过整合过渡金属硼化物（如TiB₂、ZrB₂）的高硬度（>30 GPa）、超高温稳定性（熔点>3000℃）及金属导电相的损伤容限特性，展现出"陶瓷-金属"性能边界突破的卓越潜力，在航空航天热端部件、超高速加工工具等领域具有革命性应用前景。
组成
金属陶瓷通过复合化设计突破单一材料性能极限，其核心构造原理是在陶瓷基体中引入金属相形成双相结构。典型制备工艺包括：在陶瓷基体中掺入金属粉体（如WC-Co体系），或通过粉末冶金技术将氧化物细粉（Al₂O₃、ThO₂等）均匀分散于金属基体中形成弥散强化结构。该材料体系涵盖两大类：
- 金属基金属陶瓷：以过渡金属（Al、Be、Ni等）为连续相，通过第二相粒子（氧化物、碳化物）的钉扎效应实现强化，代表体系如烧结铝（Al-Al₂O₃）、TD镍（Ni-ThO₂）等；
- 陶瓷基金属陶瓷：以高熔点陶瓷相（氧化物、碳化物、氮化物等）为骨架，金属相（Fe、Co、Ni及其合金）填充间隙形成网络结构，构成兼具韧性与硬度的复合体系。
广义范畴还包括难熔化合物合金、超硬材料（如金属粘结金刚石）等特种复合材料，其陶瓷相多选用氧化物（Al₂O₃、ZrO₂）或难熔化合物（TiC、TiB₂），金属相则以过渡族元素及其合金为主。
分类
依据基体组分差异，金属陶瓷划分为两大类别及多个功能化分支：
- 金属基体系：
- 典型特征：高温强度突出（800-1200℃保持率＞60%）、密度低（3.5-6.0 g/cm³）、加工性能优异
- 代表应用：航空发动机活塞、化工耐蚀部件、核反应堆结构件
- 陶瓷基体系：
- 氧化物基：以Al₂O₃、ZrO₂为基体，复合Cr、Co等金属，兼具耐高温（＞1800℃）、抗热震性，用于导弹喷管衬套、金属熔炼坩埚；
- 碳化物基：TiC-Mo、WC-Co等体系，硬度达HRA 93-94，耐磨性为硬质合金的1.5-2倍，主供精密加工刀具、高温轴承领域；
- 氮化物基：TiN、Si₃N₄基复合材料，展现超常高温蠕变抗力（1400℃/100h蠕变量＜0.1%），潜在应用于燃气轮机热端部件；
- 硼化物基：TiB₂、ZrB₂基材料，硬度达HV 3200-3500，兼具优良导电性（电阻率＜10⁻⁴Ω·cm），开发中的超高速切削工具候选材料；
- 硅化物基：MoSi₂基材料在1600℃氧化环境下形成保护性SiO₂膜，实现长效抗氧化，已规模化应用于工业加热元件。
性能
金属陶瓷通过双相协同效应实现性能突破：
- 力学特性：硬度覆盖HRA 80-94区间，断裂韧性达12-18 MPa·m¹/₂（优于传统陶瓷3-5倍）；
- 热物理性能：热膨胀系数（6-12×10⁻⁶/℃）匹配金属材料，抗热震参数ΔT＞400℃；
- 功能特性：金属相赋予导电/导热通路（电导率10⁴-10⁶ S/m），陶瓷相提供高温抗氧化屏障（氧化速率＜10⁻³ mg²/cm⁴·h）。
典型应用场景包括：
- 航空航天：火箭发动机喉衬（碳化物基金属陶瓷）、高超音速飞行器前缘（硼化物基）；
- 先进制造：PCB微钻材料（氮化钛基金属陶瓷）、齿轮耐磨涂层（硅化物基）；
- 能源领域：固体氧化物燃料电池连接体（铬酸镧基金属陶瓷）、核燃料包壳材料（锆基复合陶瓷）。
通过表面涂层技术（如Al₂O₃-Cr复合涂层），可实现1600℃以上超高温防护，显著提升合金部件的服役极限。这种材料基因的深度融合，正推动金属陶瓷从结构功能一体化向智能化方向发展。
应用
为满足电器触头对材料性能的多维度苛刻要求，金属陶瓷材料应运而生。该材料体系通过两相金属的协同作用实现性能突破：
- 难熔相（如钨、钼、金属氧化物）构成连续骨架，展现超高温稳定性（熔点＞3000℃）与抗机械冲击性能，在电弧侵蚀下保持结构完整性；
- 载流相（如银、铜）填充骨架间隙，形成导电通路并实现高效热传导，其低熔点特性（＜1000℃）在电弧作用下熔融，通过液态金属的表面张力效应抑制材料喷溅。
典型金属陶瓷触头材料体系及性能解析：
（1）银-氧化镉（Ag-CdO）
作为中等功率电器的标准触头材料，该体系通过多重机制实现优异服役性能：
- 电弧淬灭效应：CdO在电弧高温（＞900℃）下分解升华，产生剧烈的气相蒸发（＞10³ Pa·s⁻¹），形成自生吹弧效应并清洁触头表面；
- 能量吸收机制：CdO分解吸热（ΔH=56.7 kJ/mol），有效降低电弧温度场强度；
- 流变控制：亚微米级CdO颗粒（0.1-0.5 μm）显著提升熔融银基体粘度（η＞5×10³ Pa·s），将金属飞溅损失降低60%-80%；
- 自修复功能：镉蒸气与氧重组沉积的CdO薄膜（厚度10-50 nm），形成动态保护层抑制触头焊接。
最佳性能出现在CdO含量12%-15%区间，添加微量（0.05%-0.2%）Si、Al、Ca等元素可通过晶粒细化效应（晶粒尺寸＜1 μm）进一步提升耐电弧侵蚀寿命。
（2）银-钨（Ag-W）
该体系通过钨相的梯度分布实现性能调控：
- 低压开关应用（W 30%-40%）：平衡导电性（ρ≈3.2 μΩ·cm）与抗熔焊性能；
- 高压开关应用（W 60%-80%）：钨骨架提供卓越的抗电弧烧蚀能力（烧蚀率＜0.1 mm³/kA·s）。
主要失效机制为分断过程中形成的WO₃或Ag₂WO₄绝缘膜（电阻率＞10⁴ Ω·cm），导致接触电阻呈指数级增长（10⁴-10⁵倍初始值）。
（3）铜-钨（Cu-W）
与Ag-W体系性能相似，但存在显著氧化倾向：
- 空气介质中易生成CuWO₄绝缘膜（形成焓ΔHf=-823 kJ/mol），接触电阻劣化速率较Ag-W体系高2-3个数量级；
- 绝缘油介质中可稳定工作，适用于油断路器触头（额定电压＞36 kV）。
（4）银-石墨（Ag-C）
该体系以石墨相的层状结构实现特殊性能：
- 优异导电性（ρ≈2.8 μΩ·cm）与自润滑特性，接触电阻波动系数＜5%；
- 主要失效模式为石墨相的优先氧化（＞500℃开始氧化），需控制石墨含量≤5%以维持材料稳定性。
（5）银-铁（Ag-Fe）
通过铁相的固溶强化实现性能提升：
- 中小电流接触器应用中，电寿命较纯银触头提升2-3倍；
- 大气环境下的氧化锈蚀（Fe₂O₃·nH₂O）导致接触电阻季节性波动，需采用密封结构或表面镀层防护。
上述材料体系通过成分-工艺-性能的协同设计，已实现从低压断路器（400V）到高压开关设备（1100kV）的全电压等级覆盖，成为保障电力装备可靠性的关键基础材料。
| 名称 | 货号 | 规格 |
| 干燥器板，淡绿色金属陶瓷复合材料 | 5312-0230 | / |
| 生物胞素-L-脯氨酸 | KIT-HP- abs44105032-5mg | 5mg |
| 有机相尼龙针式滤器（绿色） | SCAA-104 | 13mm*0.22μm，100只/罐 |
| 生物氯菊酯 | abs42087796-2ml | 2ml |
