[发明专利]一种氮化铝氮化硼复合陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种氮化铝氮化硼复合陶瓷材料及其制备方法，所述氮化铝氮化硼复合陶瓷材料中氮化铝与氮化硼的质量比为9/1～3/2，层状氮化硼均匀分布于氮化铝基体中，氮化铝与氮化硼的晶界处形成氧化硼薄膜，所述氧化硼薄膜的厚度为30～50nm。本发明所述氮化铝氮化硼复合陶瓷材料拥有优异耐氧化性能，利用其制备的模具的热导率、抗弯抗弯强度和加工抛光等综合性能良好，可代替目前使用的石墨模具，解决石墨模具因不耐氧化而出现需保护气氛中使用、精度降低和需定时修复等问题。

技术领域

本发明涉及模具生产材料，尤其是一种氮化铝氮化硼复合陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

热弯玻璃(又称曲面玻璃)可以按要求做成各种曲面和复杂外观，具有样式美观、线条优美等特点，可满足现代化建筑装饰、智能手机、汽车和定制家具等领域对玻璃材料的高品质需求，随着工业化水平和生活品质的提高，热弯曲面玻璃具有非常广阔的市场成长空间。热弯玻璃是将切割好尺寸的平板玻璃放置在根据弯曲弧度设计的热弯模具中，然后加热使玻璃软化后，通过模具对软化玻璃进行压制而形成特定曲面的热弯玻璃产品。热弯模具是生产热弯玻璃的关键部件，直接关系到热弯玻璃表面光洁度、尺寸精度和生产成本与效率。因此，热弯模具的选材应满足高的高温抗弯强度、小的高温蠕变、好的高温耐氧化性能、不与玻璃浸润、高热导性、易加工抛光和合适的热膨胀系数等要求。

目前，石墨材料由于热导率好、易加工和不易变形等综合性能已成为曲面玻璃热弯成形的主要模具材料。但石墨的耐氧化性能差，玻璃软化成形温度一般为700～800℃，该温度下，石墨模具容易被氧化烧蚀，导致：(1)曲面玻璃使用石墨模具进行成形过程中需要在保护气氛下进行，增加了生产成本，降低了生产效率；(2)石墨模具使用过程中，不可避免的轻微氧化将导致模具抛光面的精度降低，影响产品质量；(3)需要定时对石墨模具进行抛光修复，增加模具成本，减低模具寿命。

中国发明专利申请CN108298991A公开了常压烧结六方氮化硼陶瓷曲面玻璃热弯模具的制造方法。该专利将氮化硼陶瓷作为热弯模具材料，解决了高温氧化问题，但石墨模具相比，氮化硼陶瓷的热导率不足，抗弯强度偏低。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的石墨模具耐氧化性能差的问题，提供一种氮化铝氮化硼复合陶瓷材料，其可以替代石墨作为新型曲面玻璃热弯模具材料生产热弯模具，该热弯模具利用了氮化铝的高热导率、高耐氧化性和高抗弯强度以及氮化硼的易加工特性。所制备的热弯模具具有更为优异耐高温氧化性能，对降低热弯玻璃生产成本，提高生产效率具有明显影响。

本发明还提供一种氮化铝氮化硼复合陶瓷材料的制备方法，采用热压烧结技术制备氮化铝氮化硼热弯模具，通过湿混技术确保氮化铝与氮化硼的混合均匀，控制热压烧结参数达到高热导率、高致密、高抗弯强度的氮化铝氮化硼复合陶瓷。

本发明中，所述氮化铝氮化硼复合陶瓷材料中氮化铝与氮化硼的质量比为9/1～3/2，优选为4/1～3/1，更优选为4/1～3/1。材料中氮化铝作为基体，当氮化铝与氮化硼的质量比低于3/2会导致材料热导率明显下降；层状氮化硼均匀分布于氮化铝基体中，当氮化铝与氮化硼的质量比高于9/1会造成材料脆性过大，不利于模具的成形加工。

特别的，所述氮化铝氮化硼复合陶瓷材料中，氮化铝与氮化硼的晶界处形成氧化硼薄膜，所述氧化硼薄膜的厚度为30～50nm。该氧化硼薄膜对材料的致密度与性能有重要影响。优选地，所述氧化硼薄膜的厚度为35～45nm，氧化硼薄膜的存在可很好地提高氮化铝与氮化硼的界面结合性能以及提高致密度，其厚度为35～45nm能保证热导率性能，氧化硼薄膜的厚度超过50nm会导致热导率的剧烈下降。