一种氧化锆基纳米复合陶瓷模具材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种氧化锆基纳米复合陶瓷模具材料及其制备方法，该模具材料的原料包括：氧化锆、碳化硅、氧化铝、氧化镧、氧化锌、氧化钛、钼、镍和氧化镁。其制备方法是先将氧化锆、碳化硅、氧化铝加至乙醇制成悬浮液A；再将氧化镧、氧化锌、氧化钛、钼、镍和氧化镁加至乙醇中制成悬浮液B；然后将悬浮液A和悬浮液B混合，混合悬浮液倒入球磨罐中，利用硬质合金球机械球磨，研磨液干燥置于100℃条件下真空干燥，所得复合粉料过筛后经热压烧结，即得。与氧化锆陶瓷模具材料相比，本发明专利技术的复合陶瓷模具材料具有更好的综合力学性能和优良的减摩耐磨性能。

A zirconia based nanocomposite ceramic mold material and its preparation method

The invention provides a zirconia based nano composite ceramic mold material and its preparation method. The raw materials of the mold material include zirconia, silicon carbide, alumina, lanthanum oxide, Zinc Oxide, titanium oxide, molybdenum, nickel and Magnesium Oxide. The preparation method is to zirconia, silicon carbide, alumina with ethanol to prepare suspension A; then the lanthanum oxide, titanium oxide, molybdenum, nickel, Zinc Oxide and Magnesium Oxide to add ethanol to prepare suspension B; then the suspension and A suspension B mixed suspension mixed into the milling tank, the use of hard alloy ball milling, grinding fluid drying under vacuum drying at 100 DEG C, the composite powder after sieving by hot pressing sintering, i.e.. Compared with the zirconia ceramic mold material, the composite ceramic mold material has better comprehensive mechanical properties and excellent antifriction and wear resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种氧化锆基纳米复合陶瓷模具材料及其制备方法
本专利技术涉及一种陶瓷模具材料，具体涉及一种氧化锆基纳米复合陶瓷模具材料及其制备方法。
技术介绍
模具是现代工业中不可缺少的重要装备。目前，模具材料主要是各种模具钢，其次是硬质合金。模具钢强度虽高，但硬度低、耐磨性能较差，因而模具的使用寿命较低。八十年代以来，硬质合金以其良好的力学性能和耐磨性能在模具材料方面得到了广泛的应用，使得模具寿命大大提高。但是随着生产的飞速发展，合金钢模和硬质合金模的高温强度和耐磨性已经落后于实际生产的需要。新型陶瓷模具材料的研制开发是当前模具研究领域的重要内容，陶瓷材料在耐磨损、耐高温、抗氧化和耐腐蚀等方面具有模具钢和硬质合金无法比拟的优点，是制作模具的优良材料，很具有发展前景，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、制造工艺的改进以及用量的增加，成本必定会下降，应用也将日臻广泛，所以从长远观点来看，应着手进行先进陶瓷模具材料的研发。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有模具材料综合力学性能较低的问题，提供一种氧化锆基纳米复合陶瓷模具材料及其制备方法。一种氧化锆基纳米复合陶瓷模具材料，原料以重量份计包括：氧化锆80-100份，碳化硅4-10份，氧化铝8-15份，氧化镧1-4份，氧化锌2-5份，氧化钛1-3份，钼0.8-1.5份，镍1-1.2份，氧化镁1-3份。优选地，所述氧化锆的粒径在300-500nm。优选地，所述碳化硅的粒径在30-60nm。优选地，所述氧化铝、氧化镧、氧化锌的粒径在100-150nm。优选地，所述氧化钛掺杂有氧化硅。上述氧化锆基纳米复合陶瓷模具材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将氧化锆、碳化硅、氧化铝加至乙醇中，超声分散，加入分散剂聚乙二醇，搅拌，得到悬浮液A；步骤2，将氧化镧、氧化锌、氧化钛、钼、镍和氧化镁加至乙醇中，超声分散，加入分散剂聚乙二醇，搅拌，得到悬浮液B；步骤3，将悬浮液A和悬浮液B混合，超声分散，得到混合悬浮液；步骤4，将混合悬浮液倒入球磨罐中，利用硬质合金球机械球磨50h，混合悬浮液与硬质合金球的质量比为1：10，得到研磨液；步骤5，将研磨液干燥置于100℃条件下真空干燥，所得复合粉料过筛后经热压烧结，即得。优选地，所述分散剂聚乙二醇为聚乙二醇2000。优选地，热压烧结的参数为30MPa、1500℃、40min。本专利技术以氧化锆为基体，添加碳化硅、氧化铝和氧化钛作为增强相，以氧化镧和氧化锌为稳定剂，以钼、镍、氧化镁复合作为烧结助剂。碳化硅、氧化铝和氧化钛的加入，可以与氧化锆形成典型的晶内/晶间混合型结构，裂纹从晶间到晶内再到晶间的路径扩展，消耗了更多的断裂能，形成了沿晶/穿晶混合的断裂模式，从而大大提高复合材料的综合力学性能；钼、镍、氧化镁复合作为烧结助剂，可以降低烧结温度，防止晶粒的长大；以氧化镧和氧化锌为稳定剂，可以起到细化基体晶粒的作用，而晶内纳米颗粒使基体晶粒更加细化，进一步起到晶粒细化强韧化的作用。与氧化锆陶瓷模具材料相比，本专利技术的复合陶瓷模具材料具有更好的综合力学性能和优良的减摩耐磨性能，可用于制作挤压模、拉拔模以及切削刀具等陶瓷工模具。具体实施方式实施例1一种氧化锆基纳米复合陶瓷模具材料，原料以重量份计包括：氧化锆80份，碳化硅4份，氧化铝8份，氧化镧1份，氧化锌2份，氧化钛1份，钼0.8份，镍1份，氧化镁1份。其中，所述氧化锆的粒径在300-500nm；所述碳化硅的粒径在30-60nm；所述氧化铝、氧化镧、氧化锌的粒径在100-150nm。所述氧化钛掺杂有氧化硅，具体的改性方法如下：将氧化钛配成20g/L的悬浮液，用0.5M氢氧化钠溶液把悬浮液的pH值调节到10，超声分散，升温至85℃，搅拌条件下向悬浮液中滴加1mol/L的硅酸钠水溶液，硅酸钠的用量为m(SiO2):m(TiO2)=1:4，滴完后，85℃反应30-40min，用1mol/L的稀硫酸调节反应液pH至7.0，过滤，用去离子水洗涤除去可溶性盐，700℃下煅烧2h，即得到掺杂有氧化硅的氧化钛。上述氧化锆基纳米复合陶瓷模具材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将氧化锆、碳化硅、氧化铝加至乙醇中，浓度为2wt.%，超声分散，加入分散剂聚乙二醇20004wt.%，搅拌，得到悬浮液A；步骤2，将氧化镧、氧化锌、氧化钛、钼、镍和氧化镁加至乙醇中，浓度为1wt.%，超声分散，加入分散剂聚乙二醇20002wt.%，搅拌，得到悬浮液B；步骤3，将悬浮液A和悬浮液B混合，超声分散，得到混合悬浮液；步骤4，将混合悬浮液倒入球磨罐中，利用硬质合金球机械球磨50h，混合悬浮液与硬质合金球的质量比为1：10，得到研磨液；步骤5，将研磨液干燥置于100℃条件下真空干燥，所得复合粉料过筛后经热压烧结，热压烧结的参数为30MPa、1500℃、40min，即得。所得复合材料的力学性能为抗弯强度815MPa、断裂韧性8.7MPa·m1/2、硬度17.1GPa，其综合力学性能优于单相氧化锆材料。在法向载荷50N～150N、摩擦转速为70r/min和140r/min干摩擦下，复合材料比氧化锆陶瓷具有较低的磨损率。实施例2一种氧化锆基纳米复合陶瓷模具材料，原料以重量份计包括：氧化锆90份，碳化硅6份，氧化铝11份，氧化镧2份，氧化锌3份，氧化钛2份，钼1.2份，镍1.1份，氧化镁2份。其中，所述氧化锆的粒径在300-500nm；所述碳化硅的粒径在30-60nm；所述氧化铝、氧化镧、氧化锌的粒径在100-150nm。所述氧化钛掺杂有氧化硅，具体的改性方法如下：将氧化钛配成20g/L的悬浮液，用0.5M氢氧化钠溶液把悬浮液的pH值调节到10，超声分散，升温至85℃，搅拌条件下向悬浮液中滴加1mol/L的硅酸钠水溶液，硅酸钠的用量为m(SiO2):m(TiO2)=1:4，滴完后，85℃反应30-40min，用1mol/L的稀硫酸调节反应液pH至7.0，过滤，用去离子水洗涤除去可溶性盐，700℃下煅烧2h，即得到掺杂有氧化硅的氧化钛。上述氧化锆基纳米复合陶瓷模具材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将氧化锆、碳化硅、氧化铝加至乙醇中，浓度为2wt.%，超声分散，加入分散剂聚乙二醇20004wt.%，搅拌，得到悬浮液A；步骤2，将氧化镧、氧化锌、氧化钛、钼、镍和氧化镁加至乙醇中，浓度为1wt.%，超声分散，加入分散剂聚乙二醇20002wt.%，搅拌，得到悬浮液B；步骤3，将悬浮液A和悬浮液B混合，超声分散，得到混合悬浮液；步骤4，将混合悬浮液倒入球磨罐中，利用硬质合金球机械球磨50h，混合悬浮液与硬质合金球的质量比为1：10，得到研磨液；步骤5，将研磨液干燥置于100℃条件下真空干燥，所得复合粉料过筛后经热压烧结，热压烧结的参数为30MPa、1500℃、40min，即得。所得复合材料的力学性能为抗弯强度802MPa、断裂韧性8.5MPa·m1/2、硬度16.2GPa，其综合力学性能优于单相氧化锆材料。在法向载荷50N～150N、摩擦转速为70r/min和140r/min干摩擦下，复合材料比氧化锆陶瓷具有较低的磨损率。实施例3一种氧化锆基纳米复合陶瓷模具材料，原料以重量份计包括：氧化锆100份，碳化硅10份，氧化铝15份，氧化镧4份，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化锆基纳米复合陶瓷模具材料，其特征在于：原料以重量份计包括：氧化锆80‑100份，碳化硅4‑10份，氧化铝8‑15份，氧化镧1‑4份，氧化锌2‑5份，氧化钛1‑3份，钼0.8‑1.5份，镍1‑1.2份，氧化镁1‑3份。

【技术特征摘要】
1.一种氧化锆基纳米复合陶瓷模具材料，其特征在于：原料以重量份计包括：氧化锆80-100份，碳化硅4-10份，氧化铝8-15份，氧化镧1-4份，氧化锌2-5份，氧化钛1-3份，钼0.8-1.5份，镍1-1.2份，氧化镁1-3份。2.根据权利要求1所述的氧化锆基纳米复合陶瓷模具材料，其特征在于：所述氧化锆的粒径在300-500nm。3.根据权利要求1所述的氧化锆基纳米复合陶瓷模具材料，其特征在于：所述碳化硅的粒径在30-60nm。4.根据权利要求1所述的氧化锆基纳米复合陶瓷模具材料，其特征在于：所述氧化铝、氧化镧、氧化锌的粒径在100-150nm。5.根据权利要求1所述的氧化锆基纳米复合陶瓷模具材料，其特征在于：所述氧化钛掺杂有氧化硅。6.权利要求1所述的氧化锆基纳米复合陶瓷模具材料的制备方法，其特征在于：包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘浩，张君，张欢芬，
申请(专利权)人：苏州浩焱精密模具有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32