基于纳米材料改性的热模压模具制备方法技术

本发明专利技术公开一种基于纳米材料改性的热模压模具制备方法，涉及热压模具制备技术领域。本发明专利技术以氧化锆为基体，添加氮化硅、碳化硅、氧化铝作为增强剂，以氧化钪、氧化镥作为稳定剂，以铬粉、镍粉、钴粉和钒粉作为烧结助剂；氮化硅、碳化硅、氧化铝对氧化锆改性形成晶内/晶间混合型结构，多种增韧补强机理协同作用，改善模具材料的力学性能，增加机械强度、耐磨性能的同时减小热膨胀系数；氧化钪、氧化镥起到变质和细化晶粒的作用，铬粉、镍粉、钴粉和钒粉在烧结的过程中分散于晶粒中；通过在热模压模具半成品的内表面涂覆增强耐磨涂层料，提高热模压模具内腔的减摩耐磨性能，延长热模压模具的使用寿命，方便模压后的脱模。方便模压后的脱模。方便模压后的脱模。

Preparation method of hot pressing die based on nano material modification

【技术实现步骤摘要】
基于纳米材料改性的热模压模具制备方法


[0001]本专利技术涉及热压模具制备
，具体涉及基于纳米材料改性的热模压模具制备方法。

技术介绍

[0002]热压模具的材料通常选用模具钢材，模具钢材必须具有足够的硬度和耐磨性，足够的强度和韧性，良好的加工性能，良好的花纹可蚀性，故一般选用中碳合金钢。随着技术的飞速发展，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。
[0003]现有技术(CN101554758B)公开了一种利用纳米材料改性PDMS制作热模压模具的方法，通过使用纳米材料改性聚二甲基硅氧烷，采用纳米粒子与聚二甲基硅氧烷的固化剂及预聚体混合，混合均匀后加入到阳版模具上，固化后形成具有相反结构的改性的PDMS阴版模具，将此改性的PDMS阴版模具从母模揭下来后即为热压的模具。即保持了PDMS容易脱模，完整复制图形的特点，又提高了其杨氏模量，减少了热膨胀系数，是一种快速、高效、低成本制造微机械热压工艺模具的方法。但是存在以下技术问题：没有通过纳米材料改性以进一步提高模具成品的力学性能、耐磨性能，模具成品的使用寿命有待延长。
[0004]针对此方面的技术缺陷，现提出一种解决方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于纳米材料改性的热模压模具制备方法，用于解决现有技术中没有通过纳米材料改性以进一步提高模具成品的力学性能、耐磨性能，模具成品的使用寿命有待延长的技术问题。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0007]基于纳米材料改性的热模压模具制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1、前处理：按照重量份，称取纳米级的氧化锆76～92份、氮化硅8～15份、碳化硅6～12份、氧化铝10～18份、氧化钪3～8份、氧化镥1.5～3.2份、铬粉3.5～6.7份、镍粉2.2～3.7份、钴粉0.2～0.8份和钒粉0.4～1.6份；将氧化锆、氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化钪和氧化镥分别置于煅烧炉内，升温至430～480℃，煅烧1～2小时，得到氧化锆煅烧料、氮化硅煅烧料、碳化硅煅烧料、氧化铝煅烧料、氧化钪煅烧料和氧化镥煅烧料，氮气氛围下暂存；
[0009]S2、混合悬浮液制备：将氧化锆煅烧料、氧化铝煅烧料、氧化钪煅烧料和氧化镥煅烧料添加到3～5倍重量的复配分散剂中，充分搅拌混合，超声分散20～30min得到悬浮液a；将氮化硅煅烧料、碳化硅煅烧料、铬粉、镍粉、钴粉和钒粉添加到3～5倍重量的复配分散剂中，充分搅拌混合，超声分散10～20min得到悬浮液b；悬浮液a和悬浮液b混合后，超声分散30～40min得到混合悬浮液；
[0010]S3、球磨干燥：将混合悬浮液加入球磨罐中，添加无水乙醇和直径5～10mm的氧化锆研磨球，氮气保护下球磨25～37小时，过滤得到研磨料；研磨料在95～110℃下真空干燥得到干燥料；
[0011]S4、热压烧结：干燥料加入到阳版模具中，热压后烧结，阳版模具从母模上取下得到热模压模具半成品；
[0012]S5、增强耐磨涂层涂覆：将热模压模具半成品依次通过乙醇、丙酮清洗后，吹风干燥；在热模压模具半成品的内表面涂覆增强耐磨涂层料，程序升温干燥、自然冷却得到增强耐磨涂层，二次热压得到热模压模具成品；二次热压的压力为25～30MPa。
[0013]本专利技术基于纳米材料改性的热模压模具制备方法，步骤包括前处理、混合悬浮液制备、球磨干燥、热压烧结和增强耐磨涂层涂覆，与现有技术相比，原料成分均选自纳米级别的，以氧化锆为基体，添加氮化硅、碳化硅、氧化铝作为增强剂，以氧化钪、氧化镥作为稳定剂，以铬粉、镍粉、钴粉和钒粉作为烧结助剂。具体地，氮化硅属高温难溶化合物，无熔点，抗高温蠕变能力强，碳化硅化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，氧化铝粒度均匀、表面光滑、机械强度大，氮化硅、碳化硅、氧化铝对氧化锆改性形成晶内/晶间混合型结构，导致沿晶/穿晶混合型断裂模式，多种增韧补强机理协同作用，改善模具材料的力学性能，增加机械强度、耐磨性能的同时减小热膨胀系数；氧化钪、氧化镥起到变质和细化晶粒的作用，铬粉、镍粉、钴粉和钒粉在烧结的过程中分散于晶粒中，进一步提高热模压模具成品的力学性能和耐磨性能。
[0014]前处理过程中通过煅烧除去氧化锆、氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化钪和氧化镥吸附的氧气，避免加压烧结的过程中影响基体晶粒的细化。增强耐磨涂层涂覆通过在热模压模具半成品的内表面涂覆增强耐磨涂层料，进一步提高热模压模具内腔的减摩耐磨性能，延长热模压模具的使用寿命，方便模压后的脱模。
[0015]进一步的，所述复配分散剂由聚乙二醇4000、吐温
‑
80、乙烯
‑
丙烯酸乙酯共聚物按照重量比5：3：1混合而成。
[0016]进一步的，所述无水乙醇的用量为混合悬浮液重量的2～4倍；混合悬浮液与氧化锆研磨球的重量比为1：6～8。
[0017]进一步的，所述热压压力为32～36MPa，烧结温度为1450～1560℃，烧结保温时间为45～70min。
[0018]进一步的，所述增强耐磨涂层料的制备方法如下：按照重量份，将65～78份氧化铝、6～10份氧化锆、3～8份氮化硅、1～3份氧化石墨烯混合后得到混合料，混合料加入球磨罐中，玛瑙球作为研磨介质，混合料与研磨介质的重量比为1：6～10，加入混合料重量3～5倍的乙醇，球磨10～16小时得到球磨料，球磨料与硅胶粘接剂按照重量比8～12：1混合后，搅拌研磨即可。
[0019]增强耐磨涂层料以氧化铝作为基体，加入氧化锆、氮化硅作为增强剂，氧化石墨烯作为分散剂，硅胶粘接剂将基体、增强剂、分散剂粘合后，通过搅拌研磨分散，在热模压模具半成品内腔涂覆、加热定型后，能够形成一层致密的增强、减摩、耐磨涂层，提高了热模压模具的使用寿命。
[0020]进一步的，所述程序升温具体为：以3～5℃/min速率升温至60～70℃，保温30～50min；以5～8℃/min速率升温至95～110℃，保温50～60min；以10～15℃/min速率升温至210～230℃，保温1～2小时。
[0021]进一步的，涂覆增强耐磨涂层料、程序升温干燥的具体加工过程为：将若干个热模压模具半成品容置于连续化涂层涂覆干燥装置的模具固定座内，涂覆气缸伸长后带动可拆
卸涂覆机构伸入至热模压模具半成品的内腔，增强耐磨涂层料在增压泵的增压作用下，经进料管、浇注孔从涂覆孔喷入热模压模具半成品内壁并进行粘附；
[0022]驱动电机驱动旋转台旋转，旋转台带动模具固定座旋转移动至电加热管的下方，伸缩气缸带动电加热管向下移动伸入热模压模具半成品内腔，配合程序升温控制器的升温控制，对增强耐磨涂层料进行加热干燥。
[0023]本专利技术具备下述有益效果：
[0024]1、本专利技术以氧化锆为基体，添加氮化硅、碳化硅、氧化铝作为增强剂，以氧化钪、氧化镥作为稳定剂，以铬粉、镍粉、钴粉和钒粉作为烧结助剂；氮化硅、碳化硅、氧化铝对氧化锆改性形成晶内/晶间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于纳米材料改性的热模压模具制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、前处理：按照重量份，称取纳米级的氧化锆76～92份、氮化硅8～15份、碳化硅6～12份、氧化铝10～18份、氧化钪3～8份、氧化镥1.5～3.2份、铬粉3.5～6.7份、镍粉2.2～3.7份、钴粉0.2～0.8份和钒粉0.4～1.6份；将氧化锆、氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化钪和氧化镥分别置于煅烧炉内，升温至430～480℃，煅烧1～2小时，得到氧化锆煅烧料、氮化硅煅烧料、碳化硅煅烧料、氧化铝煅烧料、氧化钪煅烧料和氧化镥煅烧料，氮气氛围下暂存；S2、混合悬浮液制备：将氧化锆煅烧料、氧化铝煅烧料、氧化钪煅烧料和氧化镥煅烧料添加到3～5倍重量的复配分散剂中，充分搅拌混合，超声分散20～30min得到悬浮液a；将氮化硅煅烧料、碳化硅煅烧料、铬粉、镍粉、钴粉和钒粉添加到3～5倍重量的复配分散剂中，充分搅拌混合，超声分散10～20min得到悬浮液b；悬浮液a和悬浮液b混合后，超声分散30～40min得到混合悬浮液；S3、球磨干燥：将混合悬浮液加入球磨罐中，添加无水乙醇和直径5～10mm的氧化锆研磨球，氮气保护下球磨25～37小时，过滤得到研磨料；研磨料在95～110℃下真空干燥得到干燥料；S4、热压烧结：干燥料加入到阳版模具中，热压后烧结，阳版模具从母模上取下得到热模压模具半成品；S5、增强耐磨涂层涂覆：将热模压模具半成品依次通过乙醇、丙酮清洗后，吹风干燥；在热模压模具半成品的内表面涂覆增强耐磨涂层料，程序升温干燥、自然冷却得到增强耐磨涂层，二次热压得到热模压模具成品；二次热压的压力为25～30MPa。2.根据权利要求1所述的基于纳米材料改性的热模压模具制备方法，其特征在于，所述复配分散剂由聚乙二醇4000、吐温
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80、乙烯
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丙烯酸乙酯共聚物按照重量比5：3：1混合而成。3.根据权利要求1所述的基于纳米材料改性的热模压模具制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛定高，殷红梅，吕力，
申请(专利权)人：淮安福远智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：