一种碳氮化钛基金属陶瓷材料及其制备方法和在玻璃精密模压用均热板中的应用技术

本发明专利技术公开了一种碳氮化钛基金属陶瓷材料及其制备方法和在玻璃精密模压用均热板中的应用，属于金属陶瓷材料技术领域。碳氮化钛基金属陶瓷材料包含镍钴金属粘结相、氧化锆弥散相和氮化硅晶须强化相；其由包括Ti(C,N)、WC、Mo2C、TaC和/或NbC、Zr、炭黑、NbN和/或AlN、Si3N4晶须、Co和Ni在内的粉末原料通过粉末冶金方法得到，其具有出色的抗氧化性能及高温尺寸稳定性以及较高抗热震性，将其加工成均热板，可以提高玻璃精密模压的精度、稳定性及均热板的使用寿命，达到降低生产成本的目的，能够为玻璃热弯提供更高的生产效率及生产稳定性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种碳氮化钛基金属陶瓷材料及其制备方法和在玻璃精密模压用均热板中的应用


[0001]本专利技术涉及一种金属陶瓷材料，具体涉及一种高抗热震性曲面玻璃精密模压用金属陶瓷均热板及其制备方法，属于金属陶瓷材料


技术介绍

[0002]玻璃精密模压技术用于制备手机3D曲面玻璃及非球面曲面玻璃等复杂形状的玻璃视窗，具有生产效率高、生产流程短、生产成本低的优势，因而是目前工业界内批量生产复杂曲面玻璃的关键技术。随着目前数据化、信息化、智能化技术的迅速发展，对视窗要求越来越高，因而高的成效效果给玻璃的尺寸精度及透光度提出的极高的要求，因而对玻璃模压技术的精度要求也迅速提高。在曲面玻璃的生产和应用中，非球面曲面玻璃作为镜头，广泛应用于在安防、监控和汽车自动驾驶等需要成像的行业，收集到的图像信息直接决定了最终输出结果的准确性，因此对非球面曲面玻璃的精度要求相较于其他曲面玻璃更高，大部分尺寸精度要求在0.3微米内，因而对非球面曲面玻璃的精密模压技术精度也提出了更高要求。
[0003]非球面曲面玻璃的精密模压难度及精度要求远高于3D曲面玻璃，并且由于采用的模具为密度巨大、重量大的无粘结相硬质合金模具，在精密模压过程中需要吸收大量的热量，因而对与模具直接接触的均热板的抗热震性、温度均匀性、热传导性及抗氧化性能要求更高。
[0004]目前，工业应用中玻璃精密模压常采用涂层WC基硬质合金，但其差的抗氧化性及薄的涂层厚度，同时形状复杂的均热板设计导致涂层难以完全包括覆盖，导致均热板寿命受限，本身平整度易发生变化，且易产生黄色氧化钨粉末，污染模具及制品。碳氮化钛基金属陶瓷具有出色的抗氧化性能及高温硬度，能够在长时间使用中保持尺寸稳定性，但其抗热震性能较差，在非球面玻璃的生产中，频繁地被模具迅速吸收热量，碳氮化钛基金属陶瓷将会产生开裂现象。综上所述，因而亟需开发一种既能保证出色的尺寸精度及抗氧化性，又具有高抗热震性的金属陶瓷材料均热板。

技术实现思路

[0005]针对现有玻璃精密模压模具采用的涂层硬质合金均热板存在抗氧化性能差、尺寸稳定性差、寿命低，且金属陶瓷均热板抗热震性差、易开裂等技术问题，本专利技术的第一个目的是在于提供一种具有出色的抗氧化性能及高温尺寸稳定性的同时，还具有较高抗热震性的碳氮化钛基金属陶瓷材料，特别适合用于制备金属陶瓷均热板。
[0006]本专利技术的第二个目的是在于提供一种碳氮化钛基金属陶瓷材料的制备方法，该制备方法操作简单，成本低，有利于大规模生产。
[0007]本专利技术的第三个目的在于提供一种碳氮化钛基金属陶瓷材料的应用，该金属陶瓷材料具有出色的抗氧化性能及高温尺寸稳定性以及较高抗热震性，将其加工成金属陶瓷均
热板，可以提高玻璃精密模压的精度、稳定性及均热板的寿命，达到降低生产成本的目的，能够为玻璃热弯提供更高的生产效率及生产稳定性。
[0008]为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种碳氮化钛基金属陶瓷材料，碳氮化钛基金属陶瓷材料包含镍钴金属粘结相、氧化锆弥散相和氮化硅晶须强化相；所述碳氮化钛基金属陶瓷材料由包括Ti(C,N)、WC、Mo2C、TaC和/或NbC、Zr、炭黑、NbN和/或AlN、Si3N4晶须、Co、Ni在内的粉末原料通过粉末冶金方法得到。
[0009]本专利技术的碳氮化钛基金属陶瓷材料以Ti(C,N)、WC、Mo2C、TaC和/或NbC、Zr、炭黑、NbN和/或AlN、Si3N4晶须、Co、Ni等主要原料材料通过粉末冶金方法制备得到，其在具有出色的抗氧化性能及高温尺寸稳定性的同时，也具有高的抗热震性，其主要是通过采用高韧性和抗氧化镍钴金属粘结相，以提供高的韧性、强度，通过NbN和AlN等金属氮化物以弥补高粘结相含量带来的脱氮问题和高温强度下降问题，利用氧化锆弥散强化和引入氮化硅晶须等方式来提升抗热震性，从而在保证碳氮化钛基金属陶瓷材料具有高温硬度、强度及抗氧化性能的同时，抗热震性能也明显提升。
[0010]作为一个优选的方案，所述原料包括以下质量百分比组分：WC 15～20％；Mo2C 5～8％；TaC和/或NbC 1～3％；Ni和Co 20～25％；NbN和/或AlN 0.2～1.0％；Si3N4晶须0.5～1.0％；Zr 1.0～3.0％；炭黑0.4～1.0％；余量为Ti(C,N)，总质量为100％计量。在原料中，Ti(C,N)、WC、Mo2C是碳氮化钛基金属陶瓷材料常规使用的基础原料，这些基础原料可以保证材料具有较好的强度及韧性，TaC和/或NbC的引入可以提升材料的高温强度及高温硬度，而作为金属粘结相Co和Ni成分比例相对常规金属陶瓷材料使用量更高，可以为材料进一步增强材料的韧性及强度。NbN和AlN等氮化物的引入，其在高温烧结过程中会分解，一方面，产生高的氮势用以弥补高粘结相含量带来的氮元素脱除，另一方面，分解后产生的合金元素与粘结相钴镍可结合产生细小的金属间化合物，强化粘结相高温强度的同时，提升抗氧化性能。进一步优选，钴和镍的质量比为(3～5):(5～7)。优选的镍铬比例使得粘结相具有更高的韧性和抗氧化性。
[0011]作为一个优选的方案，所述Ti(C,N)的粒径为4～6μm。
[0012]作为一个优选的方案，所述WC、Mo2C、TaC、NbC、Zr、炭黑、NbN、AlN、Co及Ni的粒径均为3～8μm。选择较细的粒度有利于烧结活性及分布均匀性的提升，但过细的粒度也会导致球磨干燥氧化及发热现象，因而选择合适的粒度区间。
[0013]作为一个优选的方案，所述氮化硅晶须的直径为0.5～1.0μm，长度为20～50μm。晶须过粗过长会因为与基体润湿性差结合力不足，反而是失效过程中的缺陷源头，从而导致强度降低，过细过短会导致强化效果不足，难以提升强度及导热性能。
[0014]本专利技术还提供了一种碳氮化钛基金属陶瓷材料的制备方法，其包括以下步骤：
[0015]1)将Si3N4晶须进行表面清洁和表面镀镍处理，得到镀镍Si3N4晶须；
[0016]2)将包括Zr、炭黑、Co及Ni在内的粉末通过高能球磨进行碳氧化后，与NbN和/AlN粉末进行球磨混合I，得到混合粉末I，将混合粉末I与包括Ti(C,N)、WC、Mo2C与TaC和/或NbC在内的粉末进行球磨混合II，得到混合粉末II，混合粉末II与镀镍Si3N4晶须进行球磨混合III后，干燥，得到混合粉末III；
[0017]3)将混合粉末III通过压制成型和烧结，即得碳氮化钛基金属陶瓷材料。
[0018]作为一个优选的方案，所述镀镍Si3N4晶须表面的镍镀层中镍颗粒粒径尺寸小于
100nm，镍镀层厚度为300～500nm。对Si3N4晶须表面镀镍有利于提升晶须与基体的结合强度，从而提高材料强度。
[0019]作为一个优选的方案，所述高能球磨的条件为：干法球磨，球磨速度为400～500r/min，球料比为(10～15):1，球磨时间为2～4h，球磨气氛为氧气含量低于2vol.％的惰性气氛。高能反应球磨碳氧化的目的是为了在金属相中形成细小弥散分布的氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳氮化钛基金属陶瓷材料，其特征在于：所述碳氮化钛基金属陶瓷材料包含镍钴金属粘结相、氧化锆弥散相和氮化硅晶须强化相；所述碳氮化钛基金属陶瓷材料由包括Ti(C,N)、WC、Mo2C、TaC和/或NbC、Zr、炭黑、NbN和/或AlN、Si3N4晶须、Co和Ni在内的粉末原料通过粉末冶金方法得到。2.根据权利要求1所述的一种碳氮化钛基金属陶瓷材料，其特征在于：所述原料包括以下质量百分比组分：WC 15～20％；Mo2C 5～8％；TaC和/或NbC 1～3％；Ni和Co20～25％；NbN和/或AlN 0.2～1.0％；Si3N4晶须0.5～1.0％；Zr1.0～3.0％；炭黑0.4～1.0％；余量为Ti(C,N)。3.根据权利要求1或2所述的一种碳氮化钛基金属陶瓷材料，其特征在于：所述Ti(C,N)的粒径为4～6μm；所述WC、Mo2C、TaC、NbC、Zr、炭黑、NbN、AlN、Co及Ni的粒径均为3～8μm；所述氮化硅晶须的直径为0.5～1.0μm，长度为20～50μm。4.权利要求1～3任一项所述的一种碳氮化钛基金属陶瓷材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)将Si3N4晶须进行表面清洁和表面镀镍处理，得到镀镍Si3N4晶须；2)将包括Zr、炭黑、Co及Ni在内的粉末通过高能球磨进行碳氧化后，与NbN和/或AlN粉末进行球磨混合I，得到混合粉末I，将混合粉末I与包括Ti(C,N)、WC、Mo2C与TaC和/或NbC在内的粉末进行球磨混合II，得到混合粉末II，混合粉末II与镀镍Si3N4晶须进行球磨混合III后，干燥，得到混合粉末III；3)将混合粉末III通过压制成型和烧结，即得碳氮化钛基金属陶瓷材料。5.根据权利要求4所述的一种碳氮化钛基金属陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述镀镍Si3N4晶须...

【专利技术属性】
技术研发人员：康希越，陈帅鹏，冯路利，袁紫仁，谢丰伟，
申请(专利权)人：长沙市萨普新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：