添加硼化钛的氧化锆基纳米陶瓷工模具材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种纳米陶瓷工模具材料及其制备方法。陶瓷工模具材料是以钇稳定的纳米ＺｒＯ２为基体，添加微米ＴｉＢ２和微米α－Ａｌ２Ｏ３作为增强相，以微米钼、镍和氧化镁作为烧结助剂烧结而成。制备方法是先将纳米ＺｒＯ２、微米ＴｉＢ２和微米α－Ａｌ２Ｏ３粉末分别分散，再经过球磨、干燥制得粉料，采用热压法烧结。该方法有利于改善材料的力学性能，具有制备方法简单、操作方便等优点。所得纳米陶瓷工模具材料具有良好的综合力学性能和减摩耐磨性能，可用于制作切削刀具、模具以及其他耐磨耐腐零部件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种陶瓷工模具材料及其制备方法，特别涉及一种添加硼化钛的氧化 锆基纳米陶瓷工模具材料及其制备方法。
技术介绍
陶瓷材料的热稳定性和耐磨性极佳，是制造刀具和模具等工模具的理想材料。 CN1332262A提供一种金属陶瓷模具材料，化学成分(重量％)为W10_60%，Cr38. 5-80%, Al203l-30%, La2030-15%, Ni,Co,Fe中任一种或任两种以上之和为0. 5_20%。所述材料红 硬性高、热稳定性好、抗氧化性和耐磨性优良，韧性好，抗急冷急热性能优异。目前应用的陶瓷刀具材料大多局限于微米复合陶瓷，材料的力学性能尤其是强 度、韧性仍有待于进一步提高。因此，纳米改性、纳米微米复合陶瓷刀具材料的研究与开发 是今后刀具材料发展的主要方向之一。纳米复合陶瓷刀具材料主要包括Si3N4/TiNn、Si3N4AiCn, Si3N4-Al2O3n-TiC-Y2O3^ Al203/TiC/SiCn、Al203/TiCn、Al203/Al203n/SiCn、Al203/Ti (C0.7N0.3) n/SiCn、Al203/SiC/SiCn、 Al203/TiC/TiNn等，均具有比微米复合陶瓷刀具材料更好的力学性能和切削性能。从国内外现状来看，应用于模具工业的陶瓷材料的种类很少、能应用的模具领域 很窄。目前，陶瓷材料在各类模具中的应用研究大多局限于微米复合陶瓷材料，如&02增韧 Al2O3 基复合陶瓷 ZTA 拉丝模、TZP/TiC/Al203、Al2O3AiC 复合陶瓷拉丝模、(Ce-TZP)-Al2O3 热挤压模具、3Y-TZP-A1203陶瓷拉拔模、PSZ陶瓷热挤压模、Al2CVCr3C2/(W，Ti) C等。CNlOl 164963A提供一种微纳米复合陶瓷模具材料及其制备方法以微米级Al2O3 陶瓷为基体，添加纳米级Ti (C，N)陶瓷硬质颗粒作为弥散相，以Mo、Ni和MgO作为烧结 助剂热压烧结而成。所得的陶瓷材料试样进行切割加工测得力学性能参数为抗弯强度 743-789MPa、断裂韧性 7. 4-8. 2MPa · m1/2、硬度 19. 5-20. 4GPa(实施例 1-3)。纳米复合陶瓷在模具材料应用如复台TZP陶瓷模具、Al2O3Ai (C，N)等，取得一定 的良好效果。从已有的研究可以看出，纳米复合陶瓷的性能优势尚未能在刀具和模具等工 模具领域得到充分发挥。就目前的总体情况来看，陶瓷工模具材料的种类、性能和应用范围 均有待于进一步扩大和提高。
技术实现思路
为了克服已有技术的不足之处，本专利技术提供一种综合力学性能更好的氧化锆基纳 米陶瓷工模具复合材料及其制备方法。本专利技术的复合陶瓷材料，是一种通过添加微米硼化钛和微米氧化铝增强纳米氧化 锆基陶瓷工模具材料。本专利技术技术方案如下一种纳米陶瓷工模具材料，是以钇稳定的纳米&02为基体，添加微米TiB2和微 米α-Al2O3作为增强相，以微米钼(Mo)、微米镍(Ni)和微米氧化镁(MgO)作为烧结助剂， 经热压烧结而成；原料组分体积百分比为=TiB2 5-20%, α -Al2O3 5-20%, Mo 0. 5-2%, Ni1-3%, MgO 0. 5-1. 5%，其余为钇稳定的纳米&02 ；所述的钇稳定的纳米是4-6mol% 钇稳定的纳米&02。优选的，所述的钇稳定的纳米&02是5!1101%钇稳定的纳米氧化锆，以下简写为 5Y-&02，使用5Y-Zr02所得模具材料的综合力学性能最佳。优选的，所述TiB2的体积百分比为5-15%。优选的，所述α-Al2O3的体积百分比为5-15%，进一步优选6-10%。使用Q-Al2O3较其他晶型的Al2O3所得工模具材料的力学性能最好。优选的，所述Mo的体积百分比为1-1. 5%。所述Ni的体积百分比为1. 5-2. 5%。 所述MgO的体积百分比为0. 8-1. 2%。优选的，上述各组分中，所用的原料均为市售产品，其中钇稳定的&02纳米粉末、 微米α-Al2O3粉末和微米TiB2粉末平均粒径分别为39nm、l μ m和1. 5 μ m，纯度均大于 99%。最优选的，本专利技术纳米陶瓷工模具材料的原料组分体积百分比如下5Y-Zr02 81%, TiB2 8%, α -Al2O3 7%, Mo 1. 1%, Ni 1. 9%, MgO 1%。本专利技术的纳米陶瓷工模具材料的制备方法，原料组分比例如上所述，包括步骤如 下(1)按比例称取钇稳定的&02纳米粉末，以分子量为4000的聚乙二醇(PEG4000) 为分散剂，以钇稳定的&02纳米粉末质量为基数计，分散剂的添加量为0. 2-1. Owt % ； 以适量无水乙醇为分散介质，配成钇稳定的悬浮液，用搅拌器充分搅拌、超声分散 20-30min,再用HCl、NH4OH调节悬浮液的pH值至3_4 ；(2)将TiB2和α -Al2O3粉末分别单独球磨60_80小时，然后在电热真空干燥箱中 110-120°C温度下连续干燥，完全干燥后在惰性气体气流中过筛，密封备用。(3)按比例称取步骤(2)制得的TiB2粉末，加无水乙醇配成TiB2悬浮液，充分搅 拌、超声分散20-30min ；(4)按比例称取步骤(2)制得的α-Al2O3粉末，加无水乙醇配成α-Al2O3悬浮液， 充分搅拌、超声分散20-30min ；(5)将以上所得钇稳定的&02悬浮液、TiB2悬浮液和α -Al2O3悬浮液混合，得到 复相悬浮液，然后按比例添加烧结助剂Mo、Ni和MgO，超声分散20-30min，混合均勻；(6))将步骤(5)所得混合物倒入球磨罐中，以惰性气体为保护气氛，以无水乙醇 为介质，各组分原料总量与研磨球的料球重量比为1 10-12，球磨50-80h;然后在电热真 空干燥箱中110-120°C温度下连续干燥，完全干燥后在惰性气体气流中过筛，得到混合粉 料，密封备用；(7)采用热压法烧结，在热压炉中将步骤(6)所得的粉料压模烧结成型。上述步骤(1)、(3)和(4)中所述的无水乙醇是作为配成悬浮液的分散介质，用量 按本领域常规选择即可，本专利技术不做特别限定。优选的，步骤(2)和(6)中球磨用的研磨球是硬质合金球。优选的，步骤⑵和(6)中惰性气体是氮气或氩气。优选的，上述步骤(7)热压法烧结的操作步骤如下先将步骤(6)所得的粉料装入石墨模具，然后进行真空热压烧结，热压工艺参数为保温温度1400-1500°C，热压压力30-35MPa，保温时间40_80min，升温速率15_25°C / min, 1100°C时施加 100_150min 保温。本专利技术的优良效果如下本专利技术的纳米陶瓷工模具材料，通过在钇稳定的&02纳米陶瓷基体中添加微米级 硬质相TiB2和微米Al2O3作为增强相实现纳米复合，可在材料内部形成典型的晶内/晶间 混合型结构，由此导致沿晶/穿晶混合型断裂模式，这些纳米陶瓷独有的强韧化机制与&02 相变增韧、裂纹偏转、裂纹分支、裂纹桥联等多种增韧补强机理协同作用，共同改善材料的 力学性能。此外，针对&02陶瓷硬度偏低的不足，通过TiB2的加入，可有效发挥TiB2高硬 度的优势本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米陶瓷工模具材料，是以钇稳定的纳米ＺｒＯ↓［２］为基体，添加微米ＴｉＢ↓［２］和微米α－Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］作为增强相，以微米钼、微米镍和微米氧化镁作为烧结助剂，经热压烧结而成；原料组分体积百分比为：ＴｉＢ↓［２］５－２０％，α－Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］５－２０％，Ｍｏ０．５－２％，Ｎｉ１－３％，ＭｇＯ０．５－１．５％，其余为钇稳定的纳米ＺｒＯ↓［２］；所述的钇稳定的纳米ＺｒＯ↓［２］是４－６ｍｏｌ％钇稳定的纳米ＺｒＯ↓［２］。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许崇海，衣明东，张静婕，王兴海，张会发，
申请(专利权)人：山东轻工业学院，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]