[发明专利]氧化锆基纳米陶瓷工模具材料及其制备方法

说明书

本发明提出了一种氧化锆基纳米陶瓷工模具材料及其制备方法，以钇稳定的纳米氧化锆为基体，添加微米氧化铝作为增强相，以微米钼、微米羰基镍和氧化石墨烯作为烧结助剂，经热压烧结而成制备方法是先将纳米氧化锆、微米微米氧化铝粉末分别分散，再经过球磨、干燥制得粉料，采用热压法烧结。该陶瓷工模具具有更好的综合力学性能，具有很高的硬度、耐磨性以及导热性能，可用于制作挤压模、拉拔模以及切削刀具等陶瓷工模具以及其他耐磨耐腐蚀零部件。

技术领域

本发明属于陶瓷工模具材料技术领域，具体涉及一种氧化锆基纳米陶瓷工模具材料及其制备方法。

背景技术

陶瓷刀具具有高的硬度和耐磨性，在高速切削和干切削时表现出优异的切削性能，是一类极具 发展前途的刀具材料。但是，目前应用的陶瓷刀具材料大多局限于微米复合陶瓷，材料的力学性能 尤其是强度、韧性仍有待于进一步提高。根据Hall-petch关系：晶粒尺寸越小，陶瓷材料的强度越 高。因此，纳米改性、纳米微米复合陶瓷刀具材料的研究与开发将是今后刀具材料发展的主要方向 之一。目前已经研究的纳米复合陶瓷刀具材料主要包括Si₃N₄/TiNn、Si₃N₄/TiCn、Si₃N₄-Al₂O₃n-TiC-Y₂O₃、Al₂O₃/TiC/SiCn、Al₂O₃/TiCn、Al₂O₃/Al₂O₃n/SiCn、Al₂O₃/Ti(C_0.7N_0.3)n/SiCn、Al₂O₃/SiC/SiCn、Al₂O₃/TiC/TiNn等，均具有比微米复合陶瓷刀具材料更好的力学性能和切削性能。

另一方面，陶瓷材料的热稳定性和耐磨性极佳，是制造成形模具的理想材料，很具有发展前景，但其韧性很差，因此还没有在模具工业方面得到广泛应用。从国内外现状来看，陶瓷模具的研究尚处于研究开发阶段，应用于模具工业的陶瓷材料的种类很少、能应用的模具领域很窄，这方面的报道也极少。目前，陶瓷材料在各类模具中的应用研究大多局限于微米复合陶瓷材料，如ZrO₂增韧Al₂O₃基复合陶瓷ZTA拉丝模、TZP/TiC/ Al₂O₃、Al₂O₃/TiC复合陶瓷拉丝模、(Ce-TZP)- Al₂O₃热挤压模具、 3Y-TZP- Al₂O₃陶瓷拉拔模、PSZ陶瓷热挤压模、Al₂O₃/Cr₃C₂/(W，Ti)C等。纳米复合陶瓷在模具材料应用方面的研究虽然较少，如复合TZP陶瓷模具、Al₂O₃/Ti(C，N)等，但也取得了良好的效果。

从已有的研究可以看出，陶瓷模具材料还是存在成本较高，韧性不够、脆性大、硬度参差不齐、散热性差、自润滑性不好等问题，需要解决。

发明内容

为了克服现有技术不足之处，本发明提出一种氧化锆基纳米陶瓷工模具材料，该陶瓷工模具具有更好的综合力学性能，具有很高的硬度、耐磨性以及导热性能，可用于制作挤压模、拉拔模以及切削刀具等陶瓷工模具以及其他耐磨而腐零部件。

本发明的技术方案是这样实现的：