本發明涉及一種陶瓷模具材料，具體是一種碳化鎢基多元納米復合陶瓷模具材料及其制備方法。
背景技術：
陶瓷刀具具有高的硬度和耐磨性，在高速切削和干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。但是，目前應用的陶瓷刀具材料大多局限于微米復合陶瓷，材料的力學性能尤其是強度、韌性仍有待于進一步提高。根據Hall-petch關系：晶粒尺寸越小，陶瓷材料的強度越高。因此，納米改性、納米微米復合陶瓷刀具材料的研究與開發將是今后刀具材料發展的主要方向之一。
目前已經研究的納米復合陶瓷刀具材料主要包括Si3N4/TiNn，Si3N4/TiCn，Si3N4-Ai2O3n-TiC-Y2O3，Al2O3/TiC/SiCn，Al2O3/TiCn，Al2O3/Al2O3n/SiCn，Al2O3/Ti (C0.7N0.3)n/SiCn，Al2O3/SiC/SiCn，Al2O3/TiC/TiNn，等，均具有比微米復合陶瓷刀具材料更好的力學性能和切削性能。但到目前為止，尚未發現以碳化鎢陶瓷為基體的納米復合陶瓷刀具材料的報道。
另一方面，陶瓷材料的熱穩定性和耐磨性極佳，是制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于研究開發階段，應用于模具工業的陶瓷材料的種類很少、能應用的模具領域很窄，這方面的報道也極少。目前，陶瓷材料在各類模具中的應用研究大多局限于微米復合陶瓷材料，如 ZrO2增韌A12O3基復合陶瓷ZTA拉絲模、TZP/TiC/A12O3， A12O3/TiC復合陶瓷拉絲模、(Ce-TZP) -A12O3熱擠壓模具、3Y-TZP-A12O3陶瓷拉拔模、PSZ陶瓷熱擠壓模、A12O3/Cr3C2/ (W，Ti) C等。納米復合陶瓷在模具材料應用方面的研究雖然較少，如復合UP陶瓷模具、A12O3/Ti (C，N)等，但也取得了良好的效果。
從已有的研究可以看出，納米復合尤其是納微米復合陶瓷的性能、價格優勢沒能在模具領域得到充分發揮。就目前的總體情況來看，陶瓷模具材料的種類、性能和應用范圍均有待于進一步擴大和提高。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種碳化鎢基多元納米復合陶瓷模具材料及其制備方法，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。
為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
一種碳化鎢基多元納米復合陶瓷模具材料，按照重量份的原料為：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；上述所有原料均采用納米級粉末，其中碳化鎢的徑粒大小為10-100納米，氧化鋯和氮化鈦的徑粒大小為1-10納米，其他的徑粒大小為1-100納米。
作為本發明進一步的方案：所述碳化鎢基多元納米復合陶瓷模具材料及其制備方法，按照重量份的原料為：碳化鎢65-75份、氧化鋯14-16份、氮化鈦18-22份、氧化錳3-5份、氧化釹5-7份、鉻2.5-3.5份、錳1.5-2.5份。
所述的碳化鎢基多元納米復合陶瓷模具材料的制備方法，以碳化鎢為基體，添加氧化鋯和氮化鈦作為增強相，以氧化錳和氧化釹為穩定劑，以鉻和錳作為燒結助劑，經熱壓燒結而成；具體制備步驟如下：
步驟一：按照重量份稱取上述所有原料；
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，然后充分攪拌，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，然后充分攪拌，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，然后充分攪拌，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℃溫度下真空干燥，完全干燥后在惰性氣體氣流中過篩，得到混合粉料，密封備用；
步驟七：采用熱壓法燒結，在熱壓爐中將步驟六所得的混合粉料壓模燒結成型即得。
作為本發明進一步的方案：步驟二和步驟三中所述無水乙醇與聚乙二醇的體積比為1:0.5-2。
作為本發明進一步的方案：步驟五和步驟六中所述惰性氣體是氮氣或稀有氣體。
作為本發明進一步的方案：步驟七中熱壓法燒結工藝參數為：升溫時間20-30min，保溫溫度1400-1600℃，熱壓壓力30-40MPa，保溫時間40-60min，然后降溫至室溫。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明多元納米復合陶瓷模具，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復合，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；而且研究表明：氧化錳和氧化釹作為穩定劑的復合添加，不但使材料具有相當高的抗老化性和缺陷抵抗能力，而且晶粒相變臨界尺寸比較大，對原料細度要求較低，從而使材料具有較好的綜合性能。最后，利用金屬質小磨球，在金屬受到微波輻照后所發生的對微波的反射和折射耗散到整個反應體系中，起到了微波加熱的作用，可加速反應進行。與已有陶瓷模具材料相比，該多元納米復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，可用于制作擠壓模、拉拔模以及切削刀具等陶瓷工模具。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
實施例1
一種碳化鎢基多元納米復合陶瓷模具材料，按照重量份的原料為：碳化鎢60份、氧化鋯10份、氮化鈦15份、氧化錳2份、氧化釹4份、鉻2份、錳1份；上述所有原料均采用納米級粉末，其中碳化鎢的徑粒大小為10-100納米，氧化鋯和氮化鈦的徑粒大小為1-10納米，其他的徑粒大小為1-100納米；其制備方法是以碳化鎢為基體，添加氧化鋯和氮化鈦作為增強相，以氧化錳和氧化釹為穩定劑，以鉻和錳作為燒結助劑，經熱壓燒結而成；具體制備步驟如下：
步驟一：按照重量份稱取上述所有原料；
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，然后充分攪拌，同時超聲分散20分鐘，得到第一懸浮液；所述無水乙醇與聚乙二醇的體積比為1:0.5；
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，然后充分攪拌，同時超聲分散20分鐘，得到第二懸浮液；所述無水乙醇與聚乙二醇的體積比為1:0.5；
步驟四：將第一懸浮液和第二懸浮混合，然后充分攪拌，同時超聲分散10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，以氮氣為保護氣氛，以無水乙醇為介質，直徑為1mm的鐵球為研磨球，在2450MHz的微波環境下，球磨12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；
步驟六：將研磨液在110℃溫度下真空干燥，完全干燥后在氮氣氣流中過篩，得到混合粉料，密封備用；
步驟七：采用熱壓法燒結，在熱壓爐中將步驟六所得的混合粉料壓模燒結成型即得；熱壓法燒結的工藝參數：升溫時間20min，保溫溫度1400℃，熱壓壓力30MPa，保溫時間40min，然后降溫至室溫。
實施例2
一種碳化鎢基多元納米復合陶瓷模具材料，按照重量份的原料為：碳化鎢70份、氧化鋯15份、氮化鈦20份、氧化錳4份、氧化釹6份、鉻3份、錳2份；上述所有原料均采用納米級粉末，其中碳化鎢的徑粒大小為10-100納米，氧化鋯和氮化鈦的徑粒大小為1-10納米，其他的徑粒大小為1-100納米；其制備方法是以碳化鎢為基體，添加氧化鋯和氮化鈦作為增強相，以氧化錳和氧化釹為穩定劑，以鉻和錳作為燒結助劑，經熱壓燒結而成；具體制備步驟如下：
步驟一：按照重量份稱取上述所有原料；
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，然后充分攪拌，同時超聲分散25分鐘，得到第一懸浮液；所述無水乙醇與聚乙二醇的體積比為1:1；
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，然后充分攪拌，同時超聲分散25分鐘，得到第二懸浮液；所述無水乙醇與聚乙二醇的體積比為1:1；
步驟四：將第一懸浮液和第二懸浮混合，然后充分攪拌，同時超聲分散15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，以氮氣為保護氣氛，以無水乙醇為介質，直徑為1.5mm的鐵球為研磨球，在2450MHz的微波環境下，球磨18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1:15；
步驟六：將研磨液在115℃溫度下真空干燥，完全干燥后在氮氣氣流中過篩，得到混合粉料，密封備用；
步驟七：采用熱壓法燒結，在熱壓爐中將步驟六所得的混合粉料壓模燒結成型即得；熱壓法燒結的工藝參數：升溫時間25min，保溫溫度1500℃，熱壓壓力35MPa，保溫時間50min，然后降溫至室溫。
實施例3
一種碳化鎢基多元納米復合陶瓷模具材料，按照重量份的原料為：碳化鎢80份、氧化鋯20份、氮化鈦25份、氧化錳6份、氧化釹8份、鉻4份、錳3份；上述所有原料均采用納米級粉末，其中碳化鎢的徑粒大小為10-100納米，氧化鋯和氮化鈦的徑粒大小為1-10納米，其他的徑粒大小為1-100納米；其制備方法是以碳化鎢為基體，添加氧化鋯和氮化鈦作為增強相，以氧化錳和氧化釹為穩定劑，以鉻和錳作為燒結助劑，經熱壓燒結而成；具體制備步驟如下：
步驟一：按照重量份稱取上述所有原料；
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，然后充分攪拌，同時超聲分散30分鐘，得到第一懸浮液；所述無水乙醇與聚乙二醇的體積比為1:2；
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，然后充分攪拌，同時超聲分散30分鐘，得到第二懸浮液；所述無水乙醇與聚乙二醇的體積比為1:2；
步驟四：將第一懸浮液和第二懸浮混合，然后充分攪拌，同時超聲分散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，以氬氣為保護氣氛，以無水乙醇為介質，直徑為2mm的鐵球為研磨球，在2450MHz的微波環境下，球磨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1:20；
步驟六：將研磨液在120℃溫度下真空干燥，完全干燥后在氬氣氣流中過篩，得到混合粉料，密封備用；
步驟七：采用熱壓法燒結，在熱壓爐中將步驟六所得的混合粉料壓模燒結成型即得；熱壓法燒結的工藝參數：升溫時間30min，保溫溫度1600℃，熱壓壓力40MPa，保溫時間60min，然后降溫至室溫。
對于本領域技術人員而言，顯然本發明不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發明內。
此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。