高性能结构陶瓷的应用

TECHNOLOGY AND MARKET

Vol.17,No.6,2010

金属拉丝模用材质主要有三种：硬质金属（WC-Co）、聚晶（PCD）、钻石（ND）。硬质合金和钻石是传统的模具材质。长期以来，硬质合金模一直在拉丝用模中占主导地位，它的特点是强度、韧性好、耐磨性优良、修模方便、相对成本较低。绝大部分规格的模具至今仍是采用这类材质。钻石模则由于成本昂贵，加工困难，仅在部分生产细丝的成品模上应用。

材质性能比较

聚晶（PCD）是70年代发展起来的一种新型耐磨材料，它是由金刚石微晶体掺粘接金属，经过高温高压制成，用聚晶制的拉丝模机械强度良好，同时因为金刚石微晶体在成型过程中的随机取向克服了单晶体各向异性引起的偏磨性，所以聚晶模的使用效果甚至优于钻石模，但是聚晶生产成本高，设备复杂，投资大。

硬质合金是由WC和Co经高温烧结而成。Co含量一般为3—18左右。拉丝过程中，金属钴易于与被拉线材在某些区域发生“微观热焊合”产生粘着磨损或者发生塑性形变，而使“网状碳化钨”或“孤岛状碳化钨”断裂损坏，导致模具磨损失效。

陶瓷模则采用陶瓷微粉经高温烧结而成，耐磨晶体通过固相结合方式紧密结合。选择适当的烧结助剂，可以使陶瓷晶界接合强度大大增加，致密程度大为提高，线材与模具的磨擦磨损，除了润滑和变形角度等因素影响之外，模具本身硬度，晶相与粘接相的比例晶界结合强度是关键因素。由于陶瓷固相烧结，避免了金属粘接相的存在。使单位行程耐磨晶相比硬质合金明显增多，提高了体硬度。采取适当的工艺，可使陶瓷晶界强度和韧性能抵抗住拉丝压应力和剪切的破坏，改变拉丝模的磨损机制，从而有效地提高模具使用寿命。

陶瓷模与硬质合金模相比具有较低的磨擦系数，同时陶瓷与金属没有亲合性，在拉丝过程也不存在类似硬质合金一样的“微观热焊合”从而减少了拉丝阻力。对提高拉丝速度有利，一定程度上适应了拉丝机械发展的要求，陶瓷的微晶化技术使陶瓷制品具有更理想的表面光洁度，这对改善线材表面质量有利。

聚晶模耐磨性极好，是硬质合金模的20—200倍，但是聚晶模硬度高给修模带来了很大困难，修模时间及费用大大高于硬质合金模。一般聚晶模的修理费用约为其价格的三分之一。陶瓷模的硬度虽略高于硬质合金，但大大低于聚晶模。试验证实，利用原硬质合金修模手段修模，质量完全符合要求，而使用陶瓷模无需添置设备和增加修模成本，这也是使用单位乐于接受陶瓷模的一个有利因素。

成果特点

本成果是以三相复合陶瓷材料ZTA为原料，研制生产的陶瓷拉制模具和陶瓷塔轮及其工业应用产品。实验证明，ZTA材料所制成的陶瓷拉制模具和陶瓷塔轮，完全可以替代工业上常用的硬质合金拉制模具和金属塔轮在生产线上使用。

陶瓷材料在应用于制造拉丝模方面比硬质合金具有很多优良的特点，并且，原料成本远低于硬质合金、聚晶和天然钻石。目前国内企业至今没有普遍使用的原因就在于虽然制作陶瓷拉丝模的原料成本较低，延用硬质合金模的制作工艺（即烧成后进行打孔、研磨等工序）来制作陶瓷拉丝模的成本却很高。对陶瓷材料来讲，烧成后材料硬度很高，研磨很困难。因此，传统的制作方法样品加工成本太高，难以推广使用。本项目采用成型时就将陶瓷拉丝模的模孔和各部工作区一次成型出来的办法，烧结完毕后只需将表面抛光即可使用，避免了烧结后的研磨加工工序，从而大大降低了陶瓷拉丝模的制作成本，另外，采用先进的微波烧结方法，提高了材料的性能指标和使用寿

高性能结构陶瓷的应用院校成果

122

技术与市场第17卷第6期2010年

命，进一步降低了成本。

我们研制的陶瓷拉制模具和陶瓷塔轮是以超细的氧化铝、3Y-TZP微粉为原料，其显微组织为均匀的细晶粒3Y-TZP-Al2O3，即亚稳四方相氧化锆（t-ZrO2）粒子弥散于氧化铝基体中。具有强度高、耐磨性好，抛光性较好，对被加工金属的粘附性小，磨擦系数小，耐腐蚀性高，具有良好的自润滑性能等特点，使用寿命为硬质合金模具的4倍~6倍，而生产成本仅为它的3/4。

生产条件

投资规模：400万元左右；投资设备：混料设备、成型设备和模具、烧结设备、研磨及抛光设备；水电要求：50千瓦~100千瓦；设备厂房：1000平方米~1200平方米；人才需求：40~60人；生产能：5000万元以上；年产值：4000万元左右，利润可达2000万元以上。建设周期：6个月－12个月。

市场预测

使用陶瓷拉制模具和陶瓷塔轮可降低成本，提高生产效率，大大减少合金的消耗，充分利用资源，具有较好的经济收益和社会效益。目前，国内从事金属拉伸生产的企业有上万家，市场需求量巨大。

转化方式

技术转让或合作开发。

联系人：徐公世黄佳荣

单位：青岛大学

地址：山东青岛宁夏路308号

邮编：266071

电话：（0532）85953148

剑杆织机纬纱电脑选色器是一个由信息采集、键盘、显示及输出驱动等部分组成的单片微型计算机系统，主要用来取代进口和国产剑杆织机上的纸带输入式光电纬纱选色器（亦可以与光电纸带式纬纱选色器互相兼容，同时并行）。也适用于原先无选色功能的剑杆织机，作增加选色功能的改造。色织布的花型设计可以从键盘方便地输入和修改，织造时由程序完成纬纱的选色控制。解除了必须进口价格昂贵的选色纸带的后顾之忧，节约外汇，大大地降低了色织布的生产成本。该电脑选色器为高新技术设计，结构合理，性能稳定可靠，与织机连接方便，寿命长，维修容易，织造中，在不改变挡车工原操作规程的基础上而使操作更加简单，该纬纱电脑选色器属国内首创，国外虽有纬纱电脑选色的剑杆织机整机，但无这种与无纬纱电脑选色的剑杆织机相配套的独立电脑选色器产品。该成果如能推广使用，经济效果实分可观。

主要技术指标：

1)最多可八色选纬，适合各种车速的剑杆织机；

2)色织花布型设计从键盘输入；

3)能为清除停机痕而设置不同程式的空纬；

4)织造或停机时能显示必要的纬纱信息；

5)单根拆纬（退纬）、进纬自动跟踪、批量拆纬（拆坏布）均从键盘修正选色地址。

6)停电时间少于100小时条件下，再通电能保持停电前的状态，可直接开车织造；

7)平均无故障工作时间大于400小时。

该产品通过江省教委组织的技术鉴定。并获省教委科技进步三等奖。

单位：南通大学

地址：江苏南通青年东路40号

邮编：226007

电话：(0513)5015379

剑杆织机纬纱电脑选纬器

院校成果

123