本发明公开了一种复合陶瓷模具材料的制备方法，属于模具材料技术领域。
背景技术：
陶瓷材料的热稳定性和耐磨性极佳，是制造成形模具的理想材料，很具有发展前景，但其韧性很差，因此还没有在模具工业方面得到广泛应用。陶瓷材料的价格昂贵，而且用于生产也缺乏经验，但随着科学技术的发展、制造工艺的改进及用量的增加，成本必定会下降，应用也必将日臻广泛。从长远观点来看，应着手进行先进陶瓷模具材料的研发。从已有的陶瓷模具研究可以看出，陶瓷材料高的硬度、耐热性、耐磨性等优良性能因其较差的强韧性而远未得以发挥，只能用于没有或者很少有冲击载荷和拉应力的模具上，成形设备多为挤压机或液压机等静载设备，而且模具形状一般较为简单，材料仅限于ZTA、TZP、Sialon陶瓷等。就目前研究和应用的总体情况来看，陶瓷模具材料的种类、性能和应用范围均有待于进一步扩大和提高。
模具是现代工业中不可缺少的重要装备，但模具工作条件极其恶劣，如冷挤压时单位挤压力高达2000MPa以上，同时由于金属在模内流动与模具表面剧烈摩擦，使模温升高，因而常常发生模具粘模、氧化、甚至焊合等现象，加剧磨损而使模具寿命降低。而在热挤压过程中，较高的热挤压温度会使模具材料发生软化，耐磨性明显下降，使用寿命降低，产品表面质量差，成为制约生产的重要因素。因此，提高模具寿命的一个重要途径就是选用高硬度、高耐磨性的模具材料。传统的陶瓷模具材料的抗弯强度以及断裂韧性不佳，导致其综合性能不优良出现了使用局限性。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题：针对目前传统模具材料抗弯强度不高，以及断裂韧性不佳，导致模具的综合性能不优良的缺陷，提供了一种复合陶瓷模具材料的制备方法。本发明以二甲基二氯硅烷、桐油以及氯化钡在混合气保护下预热混合，再以镁条燃烧瞬间放出高温作为反映条件，进行反映，再经冷冻处理，与钨酸钠、石墨等混合进行高温煅烧，经酸浸除杂，然后和氧化锆等辅料混合，过筛放入石墨模具，煅烧得复合陶瓷模具材料，本发明以自制的复合陶瓷模具材料基料制备复合陶瓷模具材料，提高了其硬度、抗弯曲度，增加了韧性强及抗腐蚀性，弥补了传统陶瓷模具材料的抗弯强度不高，以及在使用过程中容易发生脆性断裂的现象，具有较广泛的应用前景。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）按重量份数计，取30～36份二甲基二氯硅烷、23～26份桐油及12～16份氧化钡，放入高压反应釜中，使用混合气将反应釜中空气排出，并升压至2～3MPa，设定温度300～400℃，以200r/min搅拌预热50～70min，所述混合气为按体积比4:2:1，将氮气、一氧化碳和甲硅烷混合而成；
（2）在上述预热结束后，降压至标准大气压，取上述二甲基二氯硅烷质量13～16％的镁条，点燃镁条放入反应釜中，在反应釜温度稳定后，以5℃/min速率降温至75～85℃，趁热出料，收集出料物，并放入液氮冷冻机中，设定温度-20～-10℃，冷冻处理20～30min；
（3）在上述冷冻处理结束后，自然升温至室温，进行过滤，收集滤渣，按重量份数计，取42～45份滤渣、14～16份钨酸钠、11～13份石墨及4～5份氧化铝，搅拌均匀，放入煅烧炉中，在1100～1200℃煅烧30～40min，随炉冷却至室温，收集煅烧物，并浸泡于煅烧物等质量的质量分数为15％盐酸溶液，以200r/min搅拌48～52min，随后过滤，使用蒸馏水洗涤滤渣至中性，并放入风干机中风干，得复合陶瓷模具材料基料；
（4）按重量份数计，取48～52份上述复合陶瓷模具材料基料、13～16份氧化锆、3～6份氧化钽及1～2份碳酸镍，放入球磨机中，按球料比12:1，加入合金球，使用氮气保护，球磨18～22h，随后过150目筛，收集过筛颗粒，并放入石墨模具中，再放入热压炉中，设定温度为1500～1600℃，压力为28～32MPa，保温24～32min，再以12℃/min降温至700～750℃后随炉冷却至室温，即可得复合陶瓷模具材料。
本发明的物理性质是：本发明制得的复合陶瓷模具材料型腔硬度为HRC80～85，淬火硬度为HRC85～95，在1200～1300℃长期工作，不氧化、尺寸稳定性好，变形率为0.03～0.05%，有足够的淬透性。
本发明的有益效果是：
（1）与已有陶瓷模具材料相比，该复合陶瓷模具材料具有良好的综合力学性能和耐磨性能，可用于制作挤压模、拉拔模等以及刀具、耐磨耐蚀零部件等；
（2）该模具抗老化性和抗耐磨性强，具有良好的综合力学性能和优良的减摩耐磨性能；
（3）本发明制得的复合陶瓷模具材料具有强度高，热膨胀系数低，使用寿命长等优点，可提高生产效率和产品质量。
具体实施方式
首先按重量份数计，取30～36份二甲基二氯硅烷、23～26份桐油及12～16份氧化钡，放入高压反应釜中，使用混合气将反应釜中空气排出，并升压至2～3MPa，设定温度300～400℃，以200r/min搅拌预热50～70min，所述混合气为按体积比4:2:1，将氮气、一氧化碳和甲硅烷混合而成；在上述预热结束后，降压至标准大气压，取上述二甲基二氯硅烷质量13～16％的镁条，点燃镁条放入反应釜中，在反应釜温度稳定后，以5℃/min速率降温至75～85℃，趁热出料，收集出料物，并放入液氮冷冻机中，设定温度-20～-10℃，冷冻处理20～30min；在上述冷冻处理结束后，自然升温至室温，进行过滤，收集滤渣，按重量份数计，取42～45份滤渣、14～16份钨酸钠、11～13份石墨及4～5份氧化铝，搅拌均匀，放入煅烧炉中，在1100～1200℃煅烧30～40min，随炉冷却至室温，收集煅烧物，并浸泡于煅烧物等质量的质量分数为15％盐酸溶液，以200r/min搅拌48～52min，随后过滤，使用蒸馏水洗涤滤渣至中性，并放入风干机中风干，得复合陶瓷模具材料基料；按重量份数计，取48～52份上述复合陶瓷模具材料基料、13～16份氧化锆、3～6份氧化钽及1～2份碳酸镍，放入球磨机中，按球料比12:1，加入合金球，使用氮气保护，球磨18～22h，随后过150目筛，收集过筛颗粒，并放入石墨模具中，再放入热压炉中，设定温度为1500～1600℃，压力为28～32MPa，保温24～32min，再以12℃/min降温至700～750℃后随炉冷却至室温，即可得复合陶瓷模具材料。
实例1
首先按重量份数计，取30份二甲基二氯硅烷、23份桐油及12份氧化钡，放入高压反应釜中，使用混合气将反应釜中空气排出，并升压至2MPa，设定温度300℃，以200r/min搅拌预热50min，所述混合气为按体积比4:2:1，将氮气、一氧化碳和甲硅烷混合而成；在上述预热结束后，降压至标准大气压，取上述二甲基二氯硅烷质量13％的镁条，点燃镁条放入反应釜中，在反应釜温度稳定后，以5℃/min速率降温至75℃，趁热出料，收集出料物，并放入液氮冷冻机中，设定温度-20℃，冷冻处理20min；在上述冷冻处理结束后，自然升温至室温，进行过滤，收集滤渣，按重量份数计，取42份滤渣、14份钨酸钠、11份石墨及4份氧化铝，搅拌均匀，放入煅烧炉中，在1100℃煅烧30min，随炉冷却至室温，收集煅烧物，并浸泡于煅烧物等质量的质量分数为15％盐酸溶液，以200r/min搅拌48min，随后过滤，使用蒸馏水洗涤滤渣至中性，并放入风干机中风干，得复合陶瓷模具材料基料；按重量份数计，取48份上述复合陶瓷模具材料基料、13份氧化锆、3份氧化钽及1份碳酸镍，放入球磨机中，按球料比12:1，加入合金球，使用氮气保护，球磨18h，随后过150目筛，收集过筛颗粒，并放入石墨模具中，再放入热压炉中，设定温度为1500℃，压力为28MPa，保温24min，再以12℃/min降温至700℃后随炉冷却至室温，即可得复合陶瓷模具材料。
本发明制得的复合陶瓷模具材料型腔硬度为HRC80，淬火硬度为HRC85，在1200℃长期工作，不氧化、尺寸稳定性好，变形率为0.03%，有足够的淬透性。实例2
首先按重量份数计，取33份二甲基二氯硅烷、24份桐油及14份氧化钡，放入高压反应釜中，使用混合气将反应釜中空气排出，并升压至2.5MPa，设定温度350℃，以200r/min搅拌预热60min，所述混合气为按体积比4:2:1，将氮气、一氧化碳和甲硅烷混合而成；在上述预热结束后，降压至标准大气压，取上述二甲基二氯硅烷质量15％的镁条，点燃镁条放入反应釜中，在反应釜温度稳定后，以5℃/min速率降温至80℃，趁热出料，收集出料物，并放入液氮冷冻机中，设定温度-15℃，冷冻处理25min；在上述冷冻处理结束后，自然升温至室温，进行过滤，收集滤渣，按重量份数计，取44份滤渣、15份钨酸钠、12份石墨及4.5份氧化铝，搅拌均匀，放入煅烧炉中，在1150℃煅烧35min，随炉冷却至室温，收集煅烧物，并浸泡于煅烧物等质量的质量分数为15％盐酸溶液，以200r/min搅拌50min，随后过滤，使用蒸馏水洗涤滤渣至中性，并放入风干机中风干，得复合陶瓷模具材料基料；按重量份数计，取50份上述复合陶瓷模具材料基料、15份氧化锆、5份氧化钽及1.5份碳酸镍，放入球磨机中，按球料比12:1，加入合金球，使用氮气保护，球磨20h，随后过150目筛，收集过筛颗粒，并放入石墨模具中，再放入热压炉中，设定温度为1550℃，压力为30MPa，保温28min，再以12℃/min降温至730℃后随炉冷却至室温，即可得复合陶瓷模具材料。
本发明制得的复合陶瓷模具材料型腔硬度为HRC85，淬火硬度为HRC95，在1300℃长期工作，不氧化、尺寸稳定性好，变形率为0.05%，有足够的淬透性。实例3
首先按重量份数计，取36份二甲基二氯硅烷、26份桐油及16份氧化钡，放入高压反应釜中，使用混合气将反应釜中空气排出，并升压至3MPa，设定温度400℃，以200r/min搅拌预热70min，所述混合气为按体积比4:2:1，将氮气、一氧化碳和甲硅烷混合而成；在上述预热结束后，降压至标准大气压，取上述二甲基二氯硅烷质量16％的镁条，点燃镁条放入反应釜中，在反应釜温度稳定后，以5℃/min速率降温至85℃，趁热出料，收集出料物，并放入液氮冷冻机中，设定温度-10℃，冷冻处理30min；在上述冷冻处理结束后，自然升温至室温，进行过滤，收集滤渣，按重量份数计，取45份滤渣、16份钨酸钠、13份石墨及5份氧化铝，搅拌均匀，放入煅烧炉中，在1200℃煅烧40min，随炉冷却至室温，收集煅烧物，并浸泡于煅烧物等质量的质量分数为15％盐酸溶液，以200r/min搅拌52min，随后过滤，使用蒸馏水洗涤滤渣至中性，并放入风干机中风干，得复合陶瓷模具材料基料；按重量份数计，取52份上述复合陶瓷模具材料基料、16份氧化锆、6份氧化钽及2份碳酸镍，放入球磨机中，按球料比12:1，加入合金球，使用氮气保护，球磨22h，随后过150目筛，收集过筛颗粒，并放入石墨模具中，再放入热压炉中，设定温度为1600℃，压力为32MPa，保温32min，再以12℃/min降温至750℃后随炉冷却至室温，即可得复合陶瓷模具材料。
本发明制得的复合陶瓷模具材料型腔硬度为HRC82，淬火硬度为HRC90，在1250℃长期工作，不氧化、尺寸稳定性好，变形率为0.04%，有足够的淬透性。