[發明專利]一種Al2O3-TiCN/Co-Ni金屬陶瓷模具材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201410632104.4
• 申請日: 2014-11-10
• 公開（公告）號: CN104480364A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 李喜坤;馬偉民;紀連永;李昕;趙海濤;蘭慧鑫
• 申請（專利權）人: 沈陽理工大學
• 主分類號: C22C29/12
• 分類號: C22C29/12;C22C1/05
• 代理公司: 沈陽火炬專利事務所(普通合伙) 21228
• 代理人: 李福義

技術領域

本發明涉及熱擠壓成型領域的金屬陶瓷模具材料及其制備方法；具體講是涉及一種Al₂O₃-TiCN/Co-Ni金屬陶瓷模具材料及其制備方法，屬于金屬陶瓷復合材料領域。

背景技術

隨著高新技術的飛速發展，模具成為現代工業中不可缺少的重要裝備，但模具工作條件極其惡劣，常常發生模具粘模、氧化、甚至焊合等現象，傳統的模具鋼和硬質合金已經不能滿足現代實際生產的需求，新材料的開發與其在工業生產中的應用成為目前亟待解決的問題。在20世紀初陶瓷材料已經步入工業領域，其在耐高溫、耐磨損、抗氧化等方面具有模具鋼和硬質合金等無法比擬的優點，特別是金屬陶瓷材料正日益得到廣泛的關注，多年來國內外對陶瓷材料的應用研究報道大多局限在刀具領域，作為模具材料的研究很少。

據文獻統計，常用的陶瓷模具材料主要有TZP/Al₂O₃、PSZ、Si₃N₄、Sialon、3Y-TZP/Al₂O₃、Al₂O₃/Ni陶瓷等，但在模具材料及其制造方面存在不足，一般采用微波燒結、真空燒結等工藝方法，使不同體系的陶瓷模具材料在應用性能方面受到限制。

發明內容

鑒于現有技術存在的問題，本發明的目的是提供一種高性能的金屬陶瓷模具材料及其制備方法。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案為Al₂O₃-TiCN/Co-Ni金屬陶瓷模具材料，其以Al₂O₃基體材料，TiCN微米粉和延性相Co、Ni為增韌相真空熱壓燒結而成，其組分為Al₂O₃為40～70％、TiCN微米粉為30％、延性相Co、Ni為0～30％，以上為質量百分比。

所述Al₂O₃顆粒粒徑為60nm，純度>99.9％；。

所述TiCN粉末的粒徑為0.1-0.5μm，純度>99.9％；

所述Co、Ni的顆粒粒徑為0.1～0.5μm，純度>99.9％。

如上所述的金屬陶瓷模具材料的綜合性能為抗彎強度700～1100MPa，斷裂韌性為8～10.5MPa.m^1/2，硬度達到19～23.6GPa。

如上所述的Al₂O₃-TiCN/Co-Ni金屬陶瓷模具材料的制備方法，其采用以下工藝步驟一次作業；具體過程如下：

①配料：以Al₂O₃粉末、TiCN粉末、金屬Co、Ni粉末為原料，Al₂O₃納米顆粒的含量按質量百分比為40～70％，TiCN微米顆粒的含量按質量百分比為30％，Co、Ni含量按質量百分比0～30％，其中Co、Ni的質量比1：1；

②球磨混料：將配好的物料放入球磨機中，球磨12～24小時后在真空干燥箱內以60℃的溫度干燥24小時，球磨制備出Al₂O₃-TiCN/Co-Ni復合粉體；

③粉末成型與燒結：將步驟②處理后的復合粉體置于真空熱壓燒結爐中，在真空條件下，溫度為1500℃～1700℃，壓力為10～30Mpa，真空熱壓10～60分鐘，制備出Al₂O₃-TiCN/Co-Ni金屬陶瓷模具材料。

所述步驟②中球磨介質選用無水乙醇，磨球為高純氧化鋁球。

所述步驟③中采用真空熱壓燒結的方法進行燒結，真空度為1×10^-3Mpa。

本發明的優點在于：其以Al₂O₃基體材料，TiCN微米粉和延性相Co、Ni為增韌相真空熱壓而成；其抗彎強度700～1100MPa，斷裂韌性為8～10.5MPa.m^1/2，硬度達到19～23.6GPa，能夠更好的用于高溫、高壓等惡劣條件，在降低加工成本、提高生產效率等方面有顯著進步。

附圖說明

圖1為金屬陶瓷材料表面背散射電子像及能譜分析圖譜；

圖2為Co-Ni合金含量為25％時在1600℃，30MPa壓力條件下保溫15min后的樣品斷口形貌；