409期
新材料技术领域
精选科技成果推荐
本期精选5项新材料技术领域科技成果进行推荐，感兴趣的企业朋友可以长按识别文末二维码，进行咨询对接。
项目1：粘结固体润滑涂层
项目2：超细硬质合金及生产工艺
项目3：高性能硼化物陶瓷复合陶瓷的制备及应用
项目4：自润滑抗氧化硬质合金
项目5：强韧氮化硅陶瓷
固体润滑涂层是将各种固体润滑剂、增强填料等分散在有机或者无机粘结体系中形成特殊涂料，再用喷涂、刷涂或者浸涂等类似的涂装工艺在部件表面形成一定厚度的涂层，经自然干燥或者加温固化形成附着牢固的涂层，起到降低机械部件的摩擦与磨损、延长部件使用寿命的作用，同时还可以起到耐腐蚀、耐高温、防烧粘、密封降噪等功能防护作用。这是目前品种最多、应用最广的一种新型润滑防护技术。
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碳化钨（WC）材料以其优异的高硬度、高耐磨、高化学稳定性、耐高温等综合性能成为目前应用领域最广、应用量最大的机械加工工具材料，被广泛地应用于车、刨、铣、铰、镗、钻、磨削工具和各种模具，被誉为——工业牙齿，超过一半的钨产量制造成碳化钨（WC）在切削工具、钻头，模具等广泛应用，目前国内市场份额超过600亿元。此外，它在航空航天和军工领域中也有重要应用，例如WC可用于飞行器的发动机及机身组成元件的涂层材料、喷嘴材料和子母弹体材料等等。另一方面，碳化钨也存在着密度大，脆性大的缺点，且钨元素是地球储量极少的稀有元素，价格高。因此在保持WC高硬度特性的前提下，提高其韧性，降低其成本及降低密度以提高比刚度、比强度是多年来的追求目标。
通过在钨的格位部分固溶其它金属元素来提高碳化钨性能的研究已取得了一些颇有成效的结果，但是目前仅限于钼、钛、钽等高熔点高密度的贵金属元素。制备目前超细硬质合金的市场需求旺盛，600nm以下亚微米硬质合金及200nm以下超细硬质合金的全球市场缺额在2万吨以上。
本项目是利用自主研发的材料配方和生产工艺，成功实现亚微米硬质合金和超细硬质合金的批量生产。材料配方、混合工艺、烧结工艺等各环节都具有自主知识产权。与传统硬质合金相比，超细硬质合金同时具有高硬度（以YG8为例，HV102000）、高强度(2200MPa)和高韧性（10MPam1/2），该材料在防护材料、密封材料，耐磨涂层等领域具有十分重要的应用价值。
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项目三：高性能硼化物陶瓷复合陶瓷的制备及应用
硼化物陶瓷以其高硬度、高熔点、优异的抗氧化型和耐酸碱腐蚀性，以及好的高温稳定性，在很多工业领域有着十分重要且不可替代的作用，而其中二硼化钛陶瓷基复合材料是应用最广泛的硼化物陶瓷。如二硼化钛陶瓷（TiB2）是真空镀膜导电蒸发舟的主要原料之一；由于TiB2与金属铝液良好的润湿性，用TiB2作为铝电解槽阴极涂层材料，可以使铝电解槽的耗电量降低，电解槽寿命延长。TiB2制作成PTC发热陶瓷材料和柔性PTC材料，具有安全、省电、可靠、易加工成型等特点，是各类电热材料的一种更新换代的高科技产品。TiB2还被广泛的应用与制备陶瓷切削刀具及模具，可制造精加工刀具、拉丝模、挤压模、喷砂嘴、密封元件等。而TiB2与TiC，TiN，SiC等材料组成复合材料，被用来制作各种耐高温部件及功能部件，如高温坩埚、引擎部件等，同时也是制作装甲防护材料的最好材料之一。
我们课题组发展了制备硼化物复合陶瓷的新工艺和新配方。制备了系列二硼化钛-碳化钛（TiB2-TiC）复合材料，该材料的性能如下（宏观硬度HV10=18GPa-20GPa，断裂韧性KIC=5.2-6.8MPaM1/2）。在同类产品中，是国际上报道的性能最优异的。我们自主研发的硼化钛-硼化钨铝（TiB2-WAlB2）复合陶瓷的性能如下（铝含量在20%-50%可控，宏观硬度HV10=22GPa以上，断裂韧性KIC=6.5-7.5MPaM1/2），该材料是目前为止综合性能最优异的陶瓷材料，同时作为一种高韧性的超硬材料是最佳装甲材料的选择。
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项目四：自润滑抗氧化硬质合金
碳化钨（WC）材料以其优异的高硬度、高耐磨、高化学稳定性、耐高温等综合性能成为目前应用领域最广、应用量最大的机械加工工具材料，被广泛地应用于车、刨、铣、铰、镗、钻、磨削工具和各种模具，被誉为——工业牙齿，超过一半的钨产量制造成碳化钨（WC）在切削工具、钻头，模具等广泛应用。在切削工具和钻头在实际的工作过程中，刀具或钻头由于与加工对象的快速摩擦，从而导致加工温度急剧升高，（最高温度可达到1000℃以上），从而导致刀具和钻头的破损和失效，因此在加工过程中，一般需要切削冷却液的辅助。
然而使用切削冷却液面临如下问题：（1）冷却液对环境的污染，以及对工作人员健康的损害；（2）对废液处理的费用太大；（3）冷却液的价格呈连年上升的趋势，已经占据加工成本的很大一部分；（4）一些特殊工况必须干切削，不能使用冷却液。经研究发现，导致加工过程中温度急剧上升的最主要原因是刀具和钻头与加工对象的摩擦系数太大（碳化钨硬质合金的摩擦系数在0.5以上），因此，在不改变加工速度的情况下，如果能降低摩擦系数，必然会降低加工温度，从而达到少用甚至不用冷却液的目的。在不降低硬质合金硬度、强度、韧性等其他性能的前提下，制备了具有较低摩擦系数、抗氧化硬质材料。该材料与金属件间的摩擦系数在0.2-0.35之间，远小于碳化钨材料。磨损率在10-6数量级。而微观硬度在15GPa以上。目前该材料的切削测试证明，在高速切削和干切削工况下，该材料仍能保持长时间的持续加工能力，加工件的表面光洁度能够得到保证，且该材料成本远低于WC材料。
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项目五：强韧氮化硅陶瓷
氮化硅在现代工业中的应用越来越广泛，是一种具有高硬度、良好耐腐蚀性、高抗冲击性的结构陶瓷。这些性质结合起来，使氮化硅被广泛应用于汽车、飞机等行业的滚珠轴承、切削刀具和发动机部件。目前，氮化硅及其复合材料是应用最广泛的陶瓷轴承及陶瓷密封材料，随着核工业、磁悬浮工业及航空航天的发展，对高韧氮化硅陶瓷的需求也越来越旺盛，对其性能也提出越来越高的要求。陶瓷脆性仍是制约其应用的最主要因素之一，因此，发展强韧氮化硅陶瓷有十分明确的市场需求和应用。
本项目利用一种自主研发的工艺，获得了断裂韧性可达12MPam1/2的强韧氮化硅陶瓷，在氮化硅陶瓷硬度基本不变的前提下，材料的强度，韧性、耐磨性都得到了大幅度的提高。该材料在滚珠轴承、密封材料，切削刀具、医用陶瓷等领域具有十分重要的应用价值。
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声明：综合整理自各高校成果汇编
黄教授
