碳化钨基多元纳米复合陶瓷模具

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。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。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A1₂O₃基复合陶瓷ZTA拉丝模、TZP/TiC/A12O3， A12O3/TiC 复合陶瓷拉丝模、3Y-TZP-A1₂O₃陶瓷拉拔模、PSZ陶瓷热挤压模等。但以碳化钨陶瓷为基体的纳米复合陶瓷刀具材料较少报道。

近来，有学者以碳化钨为基础，制备出一种碳化钨基多元纳米复合陶瓷模具，该模具抗老化性和缺陷抵能力强，具有良好的综合力学性能和优良的减摩耐磨性能，其制备过程包括：

步骤一：按照重量份称取原料：碳化钨60-80份、氧化锆10-20份、氮化钛15-25份、氧化锰2-6份、氧化钕4-8份、铬2-4份、锰1-3份；所有原料均采用纳米级粉末。

步骤二：将碳化钨、氧化锆和氮化钛加到无水乙醇与聚乙二醇的混合溶液中，然后充分搅拌，同时超声分散20-30分钟，得到第一悬浮液；

步骤三：将氧化锰、氧化钕、铬和锰加到无水乙醇与聚乙二醇的混合溶液中，然后充分搅拌，同时超声分散20-30分钟，得到第二悬浮液；

步骤四：将第一悬浮液和第二悬浮混合，然后充分搅拌，同时超声分散10-20分钟，得到总混合物悬浮液；

步骤五：将总混合物悬浮液倒入球磨罐中，以惰性气体为保护气氛，以无水乙醇为介质，直径为1-2mm的铁球为研磨球，在2450MHz的微波环境下，球磨12-24小时，过滤得到研磨液；所有原料的总重量与研磨球的重量比为1:10-20；

步骤六：将研磨液在110-120℃温度下真空干燥，完全干燥后在惰性气体气流中过筛， 得到混合粉料，密封备用；

步骤七：采用热压法烧结，在热压炉中将步骤六所得的混合粉料压模烧结成型即得。

通过在纳米碳化钨基体中添加纳米氧化锆和纳米氮化钛作为增强相实现不同粒径的纳米复合，添加纳米氧化锆和纳米氮化钛的加入，可以与纳米碳化钨形成了典型的晶内/晶间混合型结构，由此导致沿晶/穿晶混合型断裂模式，这些强韧化机制与碳化钨相变增韧等多种增韧补强机理协同作用，共同改善材料的力学性能和使用性能。研究表明，与文中所述的几种其它陶瓷模具材料相比，碳化钨基多元纳米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。

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