一种金属陶瓷模具的材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种金属陶瓷模具材料及其制备方法。本发明材料中重量份的组分为：TiMgO10-25，ZrO2--5-20，WC?5-20，Mo?5-10，Ni5-15，C0.5-1.5，Cr3C25-20，VC?0.5-1.5，La2O3?8-15，其余为TiC和TiN。制备该材料的方法是：首先将纳米ZrO2粉体加入无水乙醇溶液，完全溶解后取出备用；再将其余组份放入烧杯中，将聚乙二醇分散剂溶液分别加入到组分中，机械搅拌后将其余微米相悬浊液倒入纳米相悬浊液中，分散并搅拌，经过球磨、干燥、烧结得到成品。本发明大大的提高了陶瓷模具的强度和韧性，增加了模具的使用寿命，即节约了生产成本。
【专利说明】一种金属陶瓷模具的材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种陶瓷模具，具体是一种金属陶瓷模具的材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]金属陶瓷是由陶瓷硬质相与金属粘结相所组成的一种复合材料。它具有良好的力学性能和使用性能，是制造刀具、模具、耐磨件等的理想结构材料。
[0003]中国专利文件CN86107658提供一种热加工用金属陶瓷模具材料，所设计的金属陶瓷材料含有金属钨和陶瓷相三氧化二铝、三氧化二镧，同时还含有铬、镍(或铁、钴)等金属元素。作为铜热挤压模具材料，平均使用寿命为1650只/模，最高使用寿命达到3100/模以上。
[0004]中国专利文件CN1031258提供一种热辗压用钥基金属陶瓷模具材料，所设计的金属陶瓷材料是以金属钥为基，同时又加入了陶瓷相和其它金属元素。由于材料中陶瓷相本身具有良好的化学稳定性和耐磨性，同时在高温下与室温时硬度相差不大，又能与金属元素形成固溶体，因此能提高材料的抗热震性能和高温强度。
[0005]从已有的报道可以看出，纳米复合陶瓷的性能优势尤其是其增韧效应尚未能在金属陶瓷模具领域得到充分发挥。由于韧性偏低，目前金属陶瓷材料只能用于没有或者很少有冲击载荷的模具上，如热挤压、热辗压模具等。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种金属陶瓷模具的材料及其制备方法，以解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0007]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
一种金属陶瓷模具材料，所述原料按照重量份的组分为=TiMgO 10-25，ZrO2 5-20, WC5-20，Mo 5-10，Ni 5-15, C 0.5-1.5，Cr3C2 5-20, VC 0.5-1.5，La203 8-15，其余为 TiC 和TiN。
[0008]所述金属陶瓷模具制备的步骤如下:
(1)配料:添加纳米Zr02粉体的含量确定添加聚乙二醇的含量，加入到一定的无水乙醇溶液中，将混合溶液置于超声波分散器中进行分散并搅拌，待聚乙二醇完全溶解后取出备用；然后将其余组份放入烧杯中，最后将配制好的聚乙二醇分散剂溶液分别加入到称取的各组分中，放置于超声波分散器中并机械搅拌20min，随之将其余微米相悬浊液倒入纳米相悬浊液中，继续超声分散并机械搅拌20min ；
(2)球磨:称取硬质合金球放入球磨罐中，其中球料比采用10:1，然后将各组分混合均匀的溶液倒入球磨罐中，并通入氮气保护，球磨时间为48h ；
(3)干燥:各组分混合粉料机械球磨完后，将浆料迅速倒入不透钢料盆中，然后放入电热真空干燥箱(XMTD-1000型)中真空干燥24h，加热温度定为100°C ；
(4) 烧结:将干燥完的混合粉料采用油压千斤顶冷压成型，送入压力为l_30MPa真空条件下进行烧结，以实现材料快速致密，所述烧结温度设为1450°C，升温速率为10/min°C，陶瓷材料升温到烧结温度后，温度保持不变30分钟后，随炉冷却。
[0009]作为本发明进一步的方案:步骤(4)升温到950°C由低真空转换到高真空。
[0010]作为本发明再进一步的方案:步骤(3)中干燥完的混合粉料过120目筛后密封备用。
[0011]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明针对陶瓷模具的性能要求，大大的提高了陶瓷模具的强度和韧性，从而增加了模具的使用寿命，即节约了生产成本。
【具体实施方式】
[0012]下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0013]本发明实施例中，一种金属陶瓷模具材料，是以微米TiC和微米TiN为基体硬质相，添加钇稳定的纳米La203、纳米Cr3C2、纳米Zr02 (Y_Zr02)和微米WC作为增强相，以微米钥(Mo)和微米镍(Ni)为粘结相，以微米石墨(C)和微米碳化钒(VC)作为助剂，经真空热压烧结而成；
所述原料按照重量份的组分为=TiMgO 10-25，ZrO2 5-20, WC 5-20, Mo 5-10, Ni 5-15,C 0.5-1.5，Cr3C2 5-20, VC 0.5-1.5，La203 8-15，其余为 TiC 和 TiN。
[0014]制备的步骤如下:
(1)配料:添加纳米Zr02粉体的含量确定添加聚乙二醇的含量，加入到一定的无水乙醇溶液中，将混合溶液置于超声波分散器中进行分散并搅拌，待聚乙二醇完全溶解后取出备用；然后将其余组份放入烧杯中，最后将配制好的聚乙二醇分散剂溶液分别加入到称取的各组分中，放置于超声波分散器中并机械搅拌20min，随之将其余微米相悬浊液倒入纳米相悬浊液中，继续超声分散并机械搅拌20min ；
(2)球磨:称取硬质合金球放入球磨罐中，其中球料比采用10:1，然后将各组分混合均匀的溶液倒入球磨罐中，并通入氮气保护，球磨时间为48h ；
(3)干燥:各组分混合粉料机械球磨完后，将浆料迅速倒入不透钢料盆中，然后放入电执直空
;、、、I——.干燥箱(XMTD-1000型)中真空干燥24h，加热温度定为100°C ；
(4)烧结:将干燥完的混合粉料采用油压千斤顶冷压成型，送入压力为l_30MPa真空条件下进行烧结，以实现材料快速致密，所述烧结温度设为1450°C，升温速率为10/min°C，陶瓷材料升温到烧结温度后，温度保持不变30分钟后，随炉冷却。
[0015]作为本发明进一步的方案:步骤(4)升温到950°C由低真空转换到高真空。
[0016]作为本发明再进一步的方案:步骤(3)中干燥完的混合粉料过120目筛后密封备用。
[0017]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
[0018]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施 方式。
【权利要求】
1.一种金属陶瓷模具材料，所述原料按照重量份的组分为:TiMgO 10-25，ZrO2 5-20,WC 5-20，Mo 5-10，Ni 5-15, C 0.5-1.5，Cr3C2 5-20, VC 0.5-1.5，La203 8-15，其余为 TiC和 TiN0
2.如权利要求1所述的一种金属陶瓷模具材料的制备方法，其特征在于该方法步骤是: (1)配料:添加纳米Zr02粉体的含量确定添加聚乙二醇的含量，加入到一定的无水乙醇溶液中，将混合溶液置于超声波分散器中进行分散并搅拌，待聚乙二醇完全溶解后取出备用；然后将其余组份放入烧杯中，最后将配制好的聚乙二醇分散剂溶液分别加入到称取的各组分中，放置于超声波分散器中并机械搅拌20min，随之将其余微米相悬浊液倒入纳米相悬浊液中，继续超声分散并机械搅拌20min ； (2)球磨:称取硬质合金球放入球磨罐中，其中球料比采用10:1，然后将各组分混合均匀的溶液倒入球磨罐中，并通入氮气保护，球磨时间为48h ； (3)干燥:各组分混合粉料机械球磨完后，将浆料迅速倒入不透钢料盆中，然后放入电热真空干燥箱中真空干燥24h，加热温度定为100°C ； (4)烧结:将干燥完的混合粉料采用油压千斤顶冷压成型，送入压力为l_30MPa真空条件下进行烧结，以实现材料快速致密，所述烧结温度设为1450°C，升温速率为10/min°C，陶瓷材料升温到烧结温度后，温度保持不变30分钟后，随炉冷却。
3.根据权利要求2所述的一种金属陶瓷模具材料的制备方法，其特征在于:步骤(4)升温到950°C由低真空转 换到高真空。
4.根据权利要求2所述的一种金属陶瓷模具材料的制备方法，其特征在于:步骤(3)中干燥完的混合粉料过120目筛后密封备用。
【文档编号】C22C32/00GK104018053SQ201410212822
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月20日 优先权日:2014年5月20日
【发明者】张慧波 申请人:宁波职业技术学院