1.1 金属陶瓷的基本概念

英文中的金属陶瓷一词—cermet，来源于ceramics中的cer与metal中的met的组合[1]。金属陶瓷是指粉体冶金方法制取的金属与陶瓷的复合材料。通常所说的金属陶瓷和传统WC-Co硬质合金同属该范畴，尽管如此，还是将TiC/Ti(C，N)基金属陶瓷直接称为金属陶瓷，而将传统WC-Co硬质合金称为硬质合金[2]。

1.2 Ti(C，N)基金属陶瓷

Ti(C，N)基金属陶瓷是在TiC基金属陶瓷基础上发展起来的一种具有高硬度、高强度，优良的高温和耐磨性能，良好的韧性以及密度小、导热性高的新型金属陶瓷[3]。其主要成分是TiC-TiN,以Co-Ni为黏结剂，以其他碳化物为添加剂，如WC、Mo₂C、Cr₃C₂、VC等。Ti(C，N)基金属陶瓷的物理性能和机械性能可以在一定范围内进行调整。由于加入了各种碳化物添加剂，并以Co-Ni为黏结剂，从而大大改善了金属陶瓷的综合性能。加入一定量的高熔点的TaC、NbC可改善合金的抗塑性变形能力，VC可提高合金的抗剪强度，改善合金的机械性能。Mo₂C可提高Co-Ni黏结剂的强度，并在碳化物、氮化物和粘结剂间起连接作用。在相同的切削条件下，Ti(C，N)基金属陶瓷比YT14、YT15合金的耐磨性高5倍~8倍，比YC10合金高0.3倍~1.3倍，比涂层金属陶瓷高0.5倍~3倍。

1.3 Ti(C，N)基金属陶瓷发展现状及趋势

Ti(C，N)基金属陶瓷1931年问世，最初主要用于切削加工方面。由于其脆性很大，应用推广受到限制。20世纪70年代，它的研究和生产达到高峰期。当Kieffer和其团队纠正了人们对含氮金属陶瓷的偏见以后，金属陶瓷的牌号迅速增加。在日本，近年来Ti(C，N)基金属陶瓷材料已占可转位刀片的30%。我国在“八五”期间也研制成功多种牌号的Ti(C，N)基金属陶瓷刀具，并批量上市，但性能不算稳定。目前，Ti(C，N)基金属陶瓷正朝着高韧性和高耐磨性两个方向发展，高韧性与涂层硬质合金相竞争，高耐磨性与陶瓷材料相竞争。

1.4 本课题主要目的及意义

搅拌头作为搅拌摩擦焊的“心脏”，其材料和结构设计是搅拌摩擦焊技术的核心，是搅拌摩擦焊工艺中最重要的技术之一，是决定搅拌摩擦焊技术能否扩大待焊材料的种类以及能否提高待焊材料板厚范围的关键[4]。对于Ti(C,N)基金属陶瓷来说，它与铸铁、铜材、不锈钢等金属材料间摩擦系数和粘附性低，这使得其用于挤压铜和钢等高熔点金属型材模具时，可显著降低挤压力，提高挤压速度，且被挤压件还具有更高的表面光洁度，显著提高制品的质量和成品率。同时其在高温下的优良性能在热挤压这种高温高压工作环境中可得到良好的发挥，有效延长模具的寿命。综合考虑Ti(C,N)基金属陶瓷材料的优良性能，以及其主要原料易获取、成本低，所以本课题拟采用高强韧性金属陶瓷为材料，制备出结构合理、性能优越的搅拌头，并成功应用于轻质合金的搅拌摩擦焊过程中。