一种高韧性金属陶瓷模具材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高韧性金属陶瓷模具材料，由以下按照重量份的原料组成：氮化钽85‑96份、硅化钨32‑46份、氧化铝10‑15份、碳化锆6‑9份、氧化钽6‑8份、钨粉3‑5份、铬粉2‑4份、镍粉1‑4份。本发明专利技术还提供了所述高韧性金属陶瓷模具材料的制备方法。本发明专利技术制备的高韧性金属陶瓷模具材料抗弯强度、断裂韧性及维氏硬度均高于现有的金属陶瓷模具材料，尤其是断裂韧性表现优异，有利于推展金属陶瓷材料在模具领域的应用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及模具材料领域，具体是一种高韧性金属陶瓷模具材料及其制备方法。
技术介绍
模具是工业生产上用以注塑、吹塑、挤出、压铸或锻压成型、冶炼、冲压等方法得到所需产品的各种模子和工具。简而言之，模具是用来成型物品的工具，它主要通过所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工，素有“工业之母”的称号。模具的种类繁多，材质也各不相同，金属陶瓷就是一种新兴的模具材料。金属陶瓷由金属和陶瓷原料制成的材料，具有各种优良的性能，例如，金属陶瓷普遍具有耐高温和抗氧化性，因此能够适用于模具工业。如中国专利文件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％，Al2O31-30％，La2O30-15％，Ni、Co、Fe中任一种或任两种以上之和为0.5-20％，该材料的硬性高、热稳定性好、抗氧化性和耐磨性优良，但韧性表现不够好。韧性表现不佳成为制约金属陶瓷在模具工业中迅速发展的一大难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高韧性金属陶瓷模具材料及其制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高韧性金属陶瓷模具材料，由以下按照重量份的原料组成：氮化钽85-96份、硅化钨32-46份、氧化铝10-15份、碳化锆6-9份、氧化钽6-8份、钨粉3-5份、铬粉2-4份、镍粉1-4份。作为本专利技术进一步的方案：由以下按照重量份的原料组成：氮化钽87-94份、硅化钨35-42份、氧化铝11-14份、碳化锆7-8份、氧化钽7-8份、钨粉4-5份、铬粉2-3份、镍粉2-3份。作为本专利技术再进一步的方案：由以下按照重量份的原料组成：氮化钽91份、硅化钨38份、氧化铝13份、碳化锆8份、氧化钽7份、钨粉4份、铬粉3份、镍粉2份。作为本专利技术再进一步的方案：所述氮化钽和硅化钨均采用微米级粉末，氧化铝、碳化锆、氧化钽、钨粉、铬粉和镍粉均采用纳米级粉末。所述高韧性金属陶瓷模具材料的制备方法，步骤如下：1)称取氮化钽和硅化钨，加入无水乙醇，搅拌30min后，超声分散40-50min，获得第一分散液；2)称取氧化铝、碳化锆和氧化钽，球磨混合3-5h后，在1000-1080℃下进行煅烧处理，煅烧1-1.5h，获得煅烧料；3)将煅烧料自然冷却至室温后，球磨成粉，并过200目筛，获得煅烧粉料；4)称取钨粉、铬粉和镍粉，并与煅烧粉料混合，加入无水乙醇，搅拌30min后，超声分散40-50min，获得第二分散液；5)将第一分散液与第二分散液混合，超声分散40-50min后，放入球磨罐中，球磨15-20h，获得球磨液；6)将球磨液放入真空干燥箱中，在140-145℃下进行真空干燥，获得坯料；7)将坯料在150Mpa下等静压成型，获得素坯；8)将素坯放入石墨模具中进行真空热压烧结，获得成品，烧结温度为1550-1580℃，压力为45-50Mpa，具体烧结工艺为：首先以8℃/min升温至烧结温度前100℃，保温30min，然后以4℃/min升温至烧结温度，保温45min，最后随炉冷却至室温。上述金属陶瓷能够应用于制备高韧性模具材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术制备的高韧性金属陶瓷模具材料的抗弯强度为1048-1127Mpa，断裂韧性为13.54-14.89Mpa·m1/2，维氏硬度为15.74-17.15，抗弯强度、断裂韧性及维氏硬度均高于现有的金属陶瓷模具材料，尤其是断裂韧性表现优异，有利于推展金属陶瓷材料在模具领域的应用范围。本专利技术通过添加碳化锆和镍粉，碳化锆、镍粉与其他成分配合，有利于提高模具材料的抗弯强度和断裂韧性。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步详细地说明。实施例1一种高韧性金属陶瓷模具材料，由以下按照重量份的原料组成：氮化钽85份、硅化钨32份、氧化铝10份、碳化锆6份、氧化钽6份、钨粉3份、铬粉2份、镍粉1份；其中，所述氮化钽和硅化钨均采用微米级粉末，氧化铝、碳化锆、氧化钽、钨粉、铬粉和镍粉均采用纳米级粉末。所述高韧性金属陶瓷模具材料的制备方法，步骤如下：1)称取氮化钽和硅化钨，加入无水乙醇，搅拌30min后，超声分散40min，获得第一分散液；2)称取氧化铝、碳化锆和氧化钽，球磨混合3h后，在1000℃下进行煅烧处理，煅烧1h，获得煅烧料；3)将煅烧料自然冷却至室温后，球磨成粉，并过200目筛，获得煅烧粉料；4)称取钨粉、铬粉和镍粉，并与煅烧粉料混合，加入无水乙醇，搅拌30min后，超声分散40min，获得第二分散液；5)将第一分散液与第二分散液混合，超声分散40min后，放入球磨罐中，球磨15h，获得球磨液；6)将球磨液放入真空干燥箱中，在140℃下进行真空干燥，获得坯料；7)将坯料在150Mpa下等静压成型，获得素坯；8)将素坯放入石墨模具中进行真空热压烧结，获得成品，烧结温度为1550℃，压力为45Mpa，具体烧结工艺为：首先以8℃/min升温至1450℃，保温30min，然后以4℃/min升温至1550℃，保温45min，最后随炉冷却至室温。实施例2一种高韧性金属陶瓷模具材料，由以下按照重量份的原料组成：氮化钽96份、硅化钨46份、氧化铝15份、碳化锆9份、氧化钽8份、钨粉5份、铬粉4份、镍粉4份；其中，所述氮化钽和硅化钨均采用微米级粉末，氧化铝、碳化锆、氧化钽、钨粉、铬粉和镍粉均采用纳米级粉末。所述高韧性金属陶瓷模具材料的制备方法，步骤如下：1)称取氮化钽和硅化钨，加入无水乙醇，搅拌30min后，超声分散50min，获得第一分散液；2)称取氧化铝、碳化锆和氧化钽，球磨混合5h后，在1080℃下进行煅烧处理，煅烧1.5h，获得煅烧料；3)将煅烧料自然冷却至室温后，球磨成粉，并过200目筛，获得煅烧粉料；4)称取钨粉、铬粉和镍粉，并与煅烧粉料混合，加入无水乙醇，搅拌30min后，超声分散50min，获得第二分散液；5)将第一分散液与第二分散液混合，超声分散50min后，放入球磨罐中，球磨20h，获得球磨液；6)将球磨液放入真空干燥箱中，在145℃下进行真空干燥，获得坯料；7)将坯料在150Mpa下等静压成型，获得素坯；8)将素坯放入石墨模具中进行真空热压烧结，获得成品，烧结温度为1580℃，压力为50Mpa，具体烧结工艺为：首先以8℃/min升温至148本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高韧性金属陶瓷模具材料，其特征在于，由以下按照重量份的原料组成：氮化钽85‑96份、硅化钨32‑46份、氧化铝10‑15份、碳化锆6‑9份、氧化钽6‑8份、钨粉3‑5份、铬粉2‑4份、镍粉1‑4份。

【技术特征摘要】
1.一种高韧性金属陶瓷模具材料，其特征在于，由以下按照重量份的原料组成：氮化钽85-96份、硅化钨32-46份、氧化铝10-15份、碳化锆6-9份、氧化钽6-8份、钨粉3-5份、铬粉2-4份、镍粉1-4份。
2.根据权利要求1所述的高韧性金属陶瓷模具材料，其特征在于，由以下按照重量份的原料组成：氮化钽87-94份、硅化钨35-42份、氧化铝11-14份、碳化锆7-8份、氧化钽7-8份、钨粉4-5份、铬粉2-3份、镍粉2-3份。
3.根据权利要求2所述的高韧性金属陶瓷模具材料，其特征在于，由以下按照重量份的原料组成：氮化钽91份、硅化钨38份、氧化铝13份、碳化锆8份、氧化钽7份、钨粉4份、铬粉3份、镍粉2份。
4.根据权利要求1或2或3所述的高韧性金属陶瓷模具材料，其特征在于，所述氮化钽和硅化钨均采用微米级粉末，氧化铝、碳化锆、氧化钽、钨粉、铬粉和镍粉均采用纳米级粉末。
5.一种如权利要求1-4任一所述的高韧性金属陶瓷模具材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
1）称取氮化钽和硅化钨，加入无水乙醇，搅拌30min后，超声分散40-...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雪琴，
申请(专利权)人：陈雪琴，
类型：发明
国别省市：浙江;33