纳米复合TZP陶瓷模具的研制
时间:2018-06-14 查看数:66

      研究与探讨纳米复合TZP陶瓷模具的研制胡良页李顺禄李忠权湘瓷科艺股份有限公司株洲412007)80!抗折强度提高30%.3Y-TZP纳米粉通过控制Zr2晶粒尺寸而使其产生相变增强。

      1前言冲模作为自动旋转式压片机的重要易耗部件,广泛应用于工业的各领域,市场需求量大。目前国内冲模均用优质钢材制备。因冲模使用时速快,中击力大磨损极快更换调整模具工作量大,时间长导致工作效率低,企业对优质耐磨冲磨具需求十分迫切。研制高强度、高耐磨的冲模对于提高生产效率、节省成本有着重要的意义。
      TZP(3稳定的四方氧化锆多晶体眉所有多晶体陶瓷中强度和韧性最高的陶瓷具有高硬度、高耐磨,抗冲击强度高是制作优质冲模的理想材料。经过优化模具设计,筛选配方组成,成功地研制出优质3YTZP模具盈过试用,其使用寿命是原钢模的四倍,而成本仅是钢模的2倍。
      2研制过程2.1模具的设计TZP陶瓷原材料和冷加工费用较高,制作全陶瓷模具成本太高。为了节省成本提高其价格性能比根据冲模工作特点和受力状态,将冲模的工作面用3YTZP陶瓷制备而非工作面部分由钢材制作。然后将两部分粘结从而得到既耐磨、耐冲击,价格又合理的优质模具。
      2.2原材料及其配方制备3YTZP微粉深训南玻公司生产,平均粒径为0.4!m. 3Y-TZP纳米粉制备用ZrOCl'. 8H'0、Y(N3)3、氨水,采用化学共沉淀法制成,平均粒径为20>m.冲模具的配方组成以       3YTZP微粉为基体,加入3%"10%的3YTZP纳米粉。将3Y TZP微粉和3YTZP纳米粉,用酒精作为分散介质,用3YTZP球石作为球磨介质在行星磨快速球磨1小时。然后放在烘箱中烘干备用。
      2.3工艺流程配料!球磨(酒精介质)!烘干!等静压成型(250PMA)!烧成(480!,保温2小时)!粗磨!粘结!精磨!清洗!检验3性能测试用上述流程制备的试样,用Archimedes法测量其体积密度,用三点弯曲法测量抗折强度,用陶瓷材料冲击仪CJB-1005,按GB/T-1993-94方法测试其冲击强度,用洛氏硬度仪测量洛式硬度,用煮沸法测量吸水率。用扫描电镜(EM舰察其形貌和显微结构其结果见表1和圄1、圄2.表13Y-TZP陶瓷模具性能吸水抗折强抗冲击强洛氏体积密度烧成温率()硬度度!)*:R1加入少量纳米粉3Y-TZP陶瓷,2为未加纳米粉的3Y-TZP陶瓷4分析与讨论4.1 21:02相变增Zr2陶瓷,特别是3Y-TZP陶瓷的强度局、硬度大,是与3YZr2陶瓷体中存在相变韧机制和微裂纹韧机制密切相关的。对于Zr2都存在着下列的晶相转变:Zr2的韧是通过四方相转变成单斜相来实现的,对于给定稳定剂组成的3YTZP陶瓷体,决定其相变韧的主要因素是Zr2颗粒尺寸1般随着Zr2粒度的减小,相变温度降低。只有当颗粒足够小时,四方相3YTZP才可以保存到室温或室温以下,这时3YTZP陶体中储存着相变弹性压变能才能产生相变韧。这里存在一个Zr2临界粒径DR,只有当Zr2晶粒小于DR时才可能产生Zr2相变韧作用。
      4.2Zr02颗粒粒径对3Y-TZP陶瓷的影响从上述Zr2韧的机理可以知道,只有当Zr2颗粒粒径小于其临界粒子粒径Dr时才可以产生相变韧。据报道,对3YTZP其临界粒径在0.1~0.3mm,从圄1可以看出,r2晶径尺寸很细小,接近其临界尺寸发生了马氏体相变产生了相变韧其强度和硬度都比较高,而圄2的Zr2晶体尺寸较粗相变韧较弱故强度和硬度都较低。
      4.33Y-TZP纳米粉对TZP陶瓷模具性能的影响从表1可以知道,加入少量的3Y TZP纳米粉对改善3YTZP陶瓷显微结构和提高其强度和硬度起着很重要的作用这是由于:(U3Y-TZP纳米粉末颗料很细小,远小于其发生马氏相变的临界粒径,加强了TZP陶瓷的相变强;(FZP纳米粉具有巨大的表面积,产生了很大的烧结驱动力降低TZP陶瓷的烧成温度。加入少量的纳米粉,可以把TZP烧成温度从1540!降到1460!:因而也阻止了TZP陶瓷体中Zr2晶粒异常长大提高了TZP陶瓷强度和韧性;()由于纳米粉具非常细小晶粒,晶界很多,它与基体复合均匀弥散在基本Zr2的晶界与晶体内,大大地改变了TZP的显微结构的缺陷显著地提高了强度和硬度。
      4.4冷加工工艺对TZP陶瓷模具性能的影响冷加工工艺对TZP陶瓷模具性能的影响很大。如果磨料较粗,研磨速度太快,在TZP陶瓷模表面产生很多擦痕和损伤,严重影响TZP陶瓷模具的强度和韧性。因此必须选择较细金刚石砂轮,选择适当的进刀速度。最后对TZP陶瓷模表面进行抛光,清除在此过程中产生的表面缺陷。
      在磨削过程中,ZP陶瓷模具表面产生较高的温度,而TZP导热系数低,很难迅速散热,因而TZP模具表面结构因高温而受到损伤,我们采用特殊的冷却液,能迅速散发热量,保证了纳米复合TZP模具的性能。
      5结论)用少量的3YTZP纳米粉复合3YTZP微粉,可以制备出高性能的复合TZP陶瓷模具。
      TZP纳米粉通过加强ZrO!相变强和纳米强,能显著提高TZP陶瓷模具强度、硬度,并把烧成温度从1降至M.!。
      (3)选择适当的冷加工工艺,能有效地保证纳米复合TZP模具的性能。

文章来源:太空模具网
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