CN107602117A - 一种氧化锆基纳米复合陶瓷模具材料及其制备方法 - Google Patents
一种氧化锆基纳米复合陶瓷模具材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107602117A CN107602117A CN201710799337.7A CN201710799337A CN107602117A CN 107602117 A CN107602117 A CN 107602117A CN 201710799337 A CN201710799337 A CN 201710799337A CN 107602117 A CN107602117 A CN 107602117A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- zirconium oxide
- parts
- mold materials
- composite ceramic
- oxide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Abstract
本发明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。
Description
技术领域
本发明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。
背景技术
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。
发明内容
本发明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。
本发明以氧化锆为基体，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，本发明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2000 4wt.%，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2000 2wt.%，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2000 4wt.%，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2000 2wt.%，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，氧化锌5份，氧化钛3份，钼1.5份，镍1.2份，氧化镁1.3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2000 4wt.%，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2000 2wt.%，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814MPa、断裂韧性8.8MPa·m1/2、硬度16.7GPa，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。
Claims (8)
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。
7.根据权利要求6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：所述分散剂聚乙二醇为聚乙二醇2000。
8.根据权利要求6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：热压烧结的参数为30MPa、1500℃、40min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710799337.7A CN107602117A (zh) | 2017-09-07 | 2017-09-07 | 一种氧化锆基纳米复合陶瓷模具材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710799337.7A CN107602117A (zh) | 2017-09-07 | 2017-09-07 | 一种氧化锆基纳米复合陶瓷模具材料及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107602117A true CN107602117A (zh) | 2018-01-19 |
Family
ID=61062575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710799337.7A Pending CN107602117A (zh) | 2017-09-07 | 2017-09-07 | 一种氧化锆基纳米复合陶瓷模具材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107602117A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114749669A (zh) * | 2022-03-28 | 2022-07-15 | 江苏电子信息职业学院 | 基于纳米材料改性的热模压模具制备方法 |
| CN115385685A (zh) * | 2021-10-09 | 2022-11-25 | 江苏三条鱼新材料科技有限公司 | 热室压铸机陶瓷压室加工工艺 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101798217A (zh) * | 2010-02-04 | 2010-08-11 | 山东轻工业学院 | 一种复合稀土稳定氧化锆基多元纳微米复合陶瓷工模具材料及其制备方法 |
-
2017
- 2017-09-07 CN CN201710799337.7A patent/CN107602117A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101798217A (zh) * | 2010-02-04 | 2010-08-11 | 山东轻工业学院 | 一种复合稀土稳定氧化锆基多元纳微米复合陶瓷工模具材料及其制备方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115385685A (zh) * | 2021-10-09 | 2022-11-25 | 江苏三条鱼新材料科技有限公司 | 热室压铸机陶瓷压室加工工艺 |
| CN114749669A (zh) * | 2022-03-28 | 2022-07-15 | 江苏电子信息职业学院 | 基于纳米材料改性的热模压模具制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103572087B (zh) | 碳化硼颗粒增强铝基复合材料的制备方法 | |
| CN101285146B (zh) | 一种热墩热冲模用非均匀硬质合金及其制备方法 | |
| CN111848198A (zh) | 一种氧化铝陶瓷阀芯瓷片的制备方法及其产品 | |
| CN103586296B (zh) | 一种镶拼式陶瓷拉丝模及其制备方法 | |
| CN107226686A (zh) | 一种矿物深加工用高强度原位增韧氧化铝研磨球及其制备方法 | |
| CN105950940A (zh) | 一种镀镍立方氮化硼复合材料及其制备方法 | |
| CN113004052B (zh) | 一种多壁碳纳米管增韧碳化硼基陶瓷材料及其制备方法与应用 | |
| CN102659421A (zh) | 一种莫来石浇钢砖的生产方法 | |
| CN105272260A (zh) | 一种无粘结相碳化钨复合材料及其制备方法 | |
| CN107602117A (zh) | 一种氧化锆基纳米复合陶瓷模具材料及其制备方法 | |
| CN103964859B (zh) | 钢薄带连铸用侧封板及其制备方法 | |
| CN109053193B (zh) | 一种氮化硅陶瓷喷嘴及其制备方法 | |
| CN107445636A (zh) | 一种氧化铝基纳米复合陶瓷模具材料及其制备方法 | |
| CN106834777A (zh) | 一种低膨胀系数复合金属基陶瓷模具材料的制备方法 | |
| CN106747433B (zh) | 氧化锆基纳米陶瓷工模具材料及其制备方法 | |
| CN112679212A (zh) | 一种渣浆泵用氮化物结合碳化硅耐磨陶瓷件的制备方法 | |
| CN104128897A (zh) | 一种采用湿化学方法成型微波烧结制备陶瓷cBN砂轮的方法 | |
| CN108145618B (zh) | 一种纳米陶瓷结合剂cbn磨具的微波制备方法 | |
| CN104084588A (zh) | 一种高强度粉末冶金轮毂轴承单元 | |
| CN102029298B (zh) | Al2O3/TiC陶瓷拉拔模具及其制造方法 | |
| CN105839035A (zh) | 一种纳米氧化铝基金属陶瓷模具材料及其制备方法 | |
| CN114956829B (zh) | 一种干熄焦斜道用氮化硅结合碳化硅砖及其制备方法 | |
| CN107935556B (zh) | 一种纳米陶瓷结合剂的制备方法 | |
| CN105777131B (zh) | 一种螺纹式碳化硅陶瓷复合材料研磨桶及制备方法 | |
| CN116120082A (zh) | 一种耐腐蚀日用陶瓷及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180119 |