碳化鈦棒是以碳化鈦(TiC)為主要成分的高性能陶瓷材料制品,通過(guò)粉末冶金工藝在2000℃以上高溫?zé)Y(jié)成型。這種深灰色棒狀材料具有驚人的硬度(莫氏硬度9-9.5),僅次于金剛石和立方氮化硼,其耐磨性能比普通硬質(zhì)合金高出3-5倍,特別適合制作切削刀具的刃口部位。在極端環(huán)境下仍能保持優(yōu)異性能,熔點(diǎn)高達(dá)3140℃,抗氧化溫度可達(dá)1100℃,這讓它成為高溫工業(yè)領(lǐng)域的理想選擇。
需要重點(diǎn)關(guān)注碳化鈦棒的微觀結(jié)構(gòu)特征,尤其是其典型的NaCl型面心立方晶體結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)賦予了材料極高的化學(xué)穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)鎢鋼刀具相比,碳化鈦棒制作的刀具切削速度(Vc)可達(dá)200-300m/min,特別是在加工高硬度材料時(shí)表現(xiàn)突出?,F(xiàn)代加工中常見(jiàn)將碳化鈦?zhàn)鳛橥繉硬牧?厚度3-5μm)或與其他碳化物組成復(fù)合陶瓷(如TiCN),這樣可以平衡成本與性能,在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件加工中已經(jīng)取得顯著成效。
在實(shí)際應(yīng)用中,碳化鈦棒最突出的特性是它的熱導(dǎo)率(21W/m·K)與熱膨脹系數(shù)(7.4×10??/℃)的完美組合。這種熱性能的平衡使得由它制成的刀具在斷續(xù)切削時(shí)不易產(chǎn)生熱裂紋,特別適用于航空航天領(lǐng)域的鈦合金加工。隨著納米技術(shù)的應(yīng)用,現(xiàn)在已能制備晶粒尺寸小于500nm的超細(xì)晶粒碳化鈦棒,其抗彎強(qiáng)度(900-1200MPa)比常規(guī)產(chǎn)品提高了近40%,這為精密模具制造開(kāi)辟了新可能。
選擇碳化鈦棒時(shí)需要特別考慮其密度(4.92g/cm3)與孔隙率的關(guān)系,高質(zhì)量的制品孔隙率應(yīng)控制在0.5%以下。目前主流生產(chǎn)工藝包括熱壓燒結(jié)(壓力30-50MPa)和放電等離子燒結(jié)(SPS),后者能在較低溫度(1600℃)下獲得更致密的微觀結(jié)構(gòu)。在數(shù)控機(jī)床刀片、拉絲模具等應(yīng)用場(chǎng)景中,合理選用不同碳含量的碳化鈦棒(化學(xué)計(jì)量比C/Ti=0.85-1.0)可以針對(duì)性地優(yōu)化耐磨性或韌性,這種材料定制化特性正推動(dòng)著現(xiàn)代制造業(yè)的精密化發(fā)展。