[发明专利]一种Al2O3-TiCN/Co-Ni金属陶瓷模具材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及热挤压成型领域的金属陶瓷模具材料及其制备方法；具体讲是涉及一种Al₂O₃-TiCN/Co-Ni金属陶瓷模具材料及其制备方法，属于金属陶瓷复合材料领域。

背景技术

随着高新技术的飞速发展，模具成为现代工业中不可缺少的重要装备，但模具工作条件极其恶劣，常常发生模具粘模、氧化、甚至焊合等现象，传统的模具钢和硬质合金已经不能满足现代实际生产的需求，新材料的开发与其在工业生产中的应用成为目前亟待解决的问题。在20世纪初陶瓷材料已经步入工业领域，其在耐高温、耐磨损、抗氧化等方面具有模具钢和硬质合金等无法比拟的优点，特别是金属陶瓷材料正日益得到广泛的关注，多年来国内外对陶瓷材料的应用研究报道大多局限在刀具领域，作为模具材料的研究很少。

据文献统计，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，一般采用微波烧结、真空烧结等工艺方法，使不同体系的陶瓷模具材料在应用性能方面受到限制。

发明内容

鉴于现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种高性能的金属陶瓷模具材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为Al₂O₃-TiCN/Co-Ni金属陶瓷模具材料，其以Al₂O₃基体材料，TiCN微米粉和延性相Co、Ni为增韧相真空热压烧结而成，其组分为Al₂O₃为40～70％、TiCN微米粉为30％、延性相Co、Ni为0～30％，以上为质量百分比。

所述Al₂O₃颗粒粒径为60nm，纯度>99.9％；。

所述TiCN粉末的粒径为0.1-0.5μm，纯度>99.9％；

所述Co、Ni的颗粒粒径为0.1～0.5μm，纯度>99.9％。

如上所述的金属陶瓷模具材料的综合性能为抗弯强度700～1100MPa，断裂韧性为8～10.5MPa.m^1/2，硬度达到19～23.6GPa。

如上所述的Al₂O₃-TiCN/Co-Ni金属陶瓷模具材料的制备方法，其采用以下工艺步骤一次作业；具体过程如下：

①配料：以Al₂O₃粉末、TiCN粉末、金属Co、Ni粉末为原料，Al₂O₃纳米颗粒的含量按质量百分比为40～70％，TiCN微米颗粒的含量按质量百分比为30％，Co、Ni含量按质量百分比0～30％，其中Co、Ni的质量比1：1；

②球磨混料：将配好的物料放入球磨机中，球磨12～24小时后在真空干燥箱内以60℃的温度干燥24小时，球磨制备出Al₂O₃-TiCN/Co-Ni复合粉体；

③粉末成型与烧结：将步骤②处理后的复合粉体置于真空热压烧结炉中，在真空条件下，温度为1500℃～1700℃，压力为10～30Mpa，真空热压10～60分钟，制备出Al₂O₃-TiCN/Co-Ni金属陶瓷模具材料。

所述步骤②中球磨介质选用无水乙醇，磨球为高纯氧化铝球。

所述步骤③中采用真空热压烧结的方法进行烧结，真空度为1×10^-3Mpa。

本发明的优点在于：其以Al₂O₃基体材料，TiCN微米粉和延性相Co、Ni为增韧相真空热压而成；其抗弯强度700～1100MPa，断裂韧性为8～10.5MPa.m^1/2，硬度达到19～23.6GPa，能够更好的用于高温、高压等恶劣条件，在降低加工成本、提高生产效率等方面有显著进步。

附图说明

图1为金属陶瓷材料表面背散射电子像及能谱分析图谱；

图2为Co-Ni合金含量为25％时在1600℃，30MPa压力条件下保温15min后的样品断口形貌；