碳化鎢基多元納米複合陶瓷模具

陶瓷刀具具有高的硬度和耐磨性，在高速切削和幹切削時表現出優異的切削性能，是一類極具發展前途的刀具材料。陶瓷材料的熱穩定性和耐磨性極佳，是製造成形模具的理想材料，很具有發展前景，但其韌性很差，因此還沒有在模具工業方面得到廣泛應用。

從國內外現狀來看，陶瓷模具的研究尚處於研究開發階段，應用於模具工業的陶瓷材料的種類很少、能應用的模具領域很窄。目前，陶瓷材料在各類模具中的應用研究大多局限于微米複合陶瓷材料，如 ZrO₂增韌A1₂O₃基複合陶瓷ZTA拉絲模、TZP/TiC/A12O3， A12O3/TiC 複合陶瓷拉絲模、3Y-TZP-A1₂O₃陶瓷拉拔模、PSZ陶瓷熱擠壓模等。但以碳化鎢陶瓷為基體的納米複合陶瓷刀具材料較少報導。

近來，有學者以碳化鎢為基礎，製備出一種碳化鎢基多元納米複合陶瓷模具，該模具抗老化性和缺陷抵能力強，具有良好的綜合力學性能和優良的減摩耐磨性能，其製備過程包括：

步驟一：按照重量份稱取原料：碳化鎢60-80份、氧化鋯10-20份、氮化鈦15-25份、氧化錳2-6份、氧化釹4-8份、鉻2-4份、錳1-3份；所有原料均採用納米級粉末。

步驟二：將碳化鎢、氧化鋯和氮化鈦加到無水乙醇與聚乙二醇的混合溶液中，然後充分攪拌，同時超聲分散20-30分鐘，得到第一懸浮液；

步驟三：將氧化錳、氧化釹、鉻和錳加到無水乙醇與聚乙二醇的混合溶液中，然後充分攪拌，同時超聲分散20-30分鐘，得到第二懸浮液；

步驟四：將第一懸浮液和第二懸浮混合，然後充分攪拌，同時超聲分散10-20分鐘，得到總混合物懸浮液；

步驟五：將總混合物懸浮液倒入球磨罐中，以惰性氣體為保護氣氛，以無水乙醇為介質，直徑為1-2mm的鐵球為研磨球，在2450MHz的微波環境下，球磨12-24小時，過濾得到研磨液；所有原料的總重量與研磨球的重量比為1:10-20；

步驟六：將研磨液在110-120℃溫度下真空乾燥，完全乾燥後在惰性氣體氣流中過篩， 得到混合粉料，密封備用；

步驟七：採用熱壓法燒結，在熱壓爐中將步驟六所得的混合粉料壓模燒結成型即得。

通過在納米碳化鎢基體中添加納米氧化鋯和納米氮化鈦作為增強相實現不同粒徑的納米複合，添加納米氧化鋯和納米氮化鈦的加入，可以與納米碳化鎢形成了典型的晶內/晶間混合型結構，由此導致沿晶/穿晶混合型斷裂模式，這些強韌化機制與碳化鎢相變增韌等多種增韌補強機理協同作用，共同改善材料的力學性能和使用性能。研究表明，與文中所述的幾種其它陶瓷模具材料相比，碳化鎢基多元納米複合陶瓷模具材料具有更好的綜合力學性能和優良的減摩耐磨性能，可用於製作擠壓模、拉拔模以及切削刀具等陶瓷工模具。

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