梯度复合材料制备的成型工具及其制造方法

摘要

本发明涉及梯度复合材料制备的成型工具及其制造方法。在本发明中，冲模(20)包括富金属部分(40a，40b)，分别形成冲模(20)的内壁和外壁。梯度部分(42a，42b)分别与富金属部分(40a，40b)相邻。进一步地，富陶瓷部分(44)位于梯度部分(42a，42b)之间。冲杆(30)包括内部的富陶瓷部分(46)，梯度部分(50)和外部的富金属部分(48)。在冲模(20)中，金属组成比从富金属部分(40a，40b)到富陶瓷部分(44)逐渐降低。相似地，在冲杆(30)中，金属组成比从富金属部分(48)到富陶瓷部分(46)逐渐降低。

权利要求

1.包括冲杆(30)和冲模(20)的成型工具，冲杆用来冲压工件，冲模具有接受上述冲杆(30)的模腔，其中所述冲杆(30)和所述冲模(20)中的至少一个由含陶瓷和金属的梯度复合材料组成，其中由选自W，Cr，Mo，Ti，V，Zr，Hf和镧系元素的碳化物，氮化物和碳氮化物中的至少一种作为所述陶瓷，并含有选自Fe，Ni，Co及包含这些金属中的两种或更多种的合金中的至少一种作为所述金属，其中所述陶瓷组成比和所述金属组成比按重量比为60:40到95:5，并且从所述冲杆(30)或者所述冲模(20)的表面向内，所述陶瓷组成比升高，所述金属组成比降低，其中，存在于中部的陶瓷晶粒相对存在于表面的陶瓷晶粒尺寸是增加的。

2.权利要求1中的成型工具(10)，其中所述冲杆(30)和所述冲模(20)中的至少一种进一步含有Cr，Mn，V和Ti中的至少一种作为所述金属。

3.权利要求1中的成型工具(10)，其中所述冲杆(30)和所述冲模(20)中的至少一种的所述表面维氏硬度不小于1200。

4.权利要求2中的成型工具(10)，其中所述冲杆(30)和所述冲模(20)中的至少一种的所述表面维氏硬度不小于1200。

说明书

梯度复合材料制备的成型工具及其制造方法

[0001] 本申请是申请号为01821868.7、申请日为2001年12月12日、发明名称为“梯度复合材料制备的成型工具及其制造方法”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

[0002] 本发明涉及一种由含陶瓷和金属的梯度复合材料制备的成型工具及其制造方法。

背景技术

[0003] 用来在工件上冲孔的成型工具包括冲压工件的冲杆和有一个模腔接受冲杆的冲模。冲模放置在冲杆的下面，通常，工件放在冲模的上面。然后，冲杆向下朝着冲模移动。冲杆的远端插入到冲模的模腔里。结果，冲杆将工件刺穿。

[0004] 用于冲模或者冲杆的构成材料包括，例如：含高碳钢作为主要成分的按日本工业标准定义的SK材料，SKD材料，或者SKH材料(所谓的高速工具钢)，超级合金材料如镍基合金和钴基合金，及超硬材料如陶瓷与金属的复合材料。为了提高抗磨损性，冲模或冲杆的表面有时用硬质陶瓷的涂层膜进行涂覆，如TiC或TiN。

[0005] 高速工具钢和超级合金材料具有高的强度和高的韧性。然而，高速工具钢和超级合金没有足够的抗磨损性，抗压强度和刚度。超硬材料具有高的抗磨损性，抗压强度和刚度。然而，超硬材料没有足够的韧性，倾向于产生裂纹和断裂。也就是说，高速工具钢和超级合金材料的特性与超硬材料的特性是相反的。所以，用于冲模或者冲杆的构成材料的选择要基于对工件构成材料的考虑。

[0006] 冲模或冲杆具有高的硬度，高的强度和高的韧性是所期望的。要获得长的使用寿命，高硬度，也就是高的抗磨损性是必需的。高的强度有助于防止冲模或冲杆的变形，即使因在工件上冲孔而在其上施加了高应力。而且，具有高韧性的冲模或冲杆很少遇到裂纹和断裂的产生。然而，传统的冲模或冲杆不具有上述的所有特性。

[0007] 例如，在冲模或者冲杆由超硬材料组成的情况下，通过提高金属组成比来提高韧性是可能的。然而，金属组成比高的超硬材料不具有高的硬度和强度。所以，冲模或冲杆的使用寿命可能不长。相反，降低金属组成比，通过牺牲韧性来提高硬度和强度是可能的，然而，裂纹和断裂趋向于更频繁的产生。

[0008] 如上所述，具有高的硬度和强度的超硬材料不具有高的韧性。具有高的韧性的超硬材料不具有高的硬度和强度。所以，一并提高冲模或冲杆的所有特性(硬度，强度和韧性)是困难的。

发明内容

[0009] 本发明为解决上述问题而设计，其目的是提供一种由梯度复合材料制备的成型工具，以及这种成型工具的制造方法，该成型工具具有长的使用寿命，很少产生变形，裂纹和断裂。

[0010] 为实现上述目的，依据本发明，成型工具包括用来冲压工件的冲杆和具有接受冲杆的模腔的冲模，

[0011] 其中，冲杆由含陶瓷和金属的复合材料组成，而且

[0012] 其中，由冲杆的表面向内，陶瓷组成比升高，金属组成比降低。

[0013] 如上构建的冲杆具有金属的韧性，陶瓷的硬度和强度。所以，这种冲杆适合用来制造的成型工具，其中很少产生裂纹和断裂，抗磨损性得到提高，而且很少发生变形。

[0014] 适用于该冲杆的陶瓷材料包括W，Cr，Mo，Ti，V，Zr，Hf和镧系元素的碳化物，氮化物和碳氮化物中的至少一种。适用于该冲杆的金属材料包括Fe，Ni，Co及由这些金属中的两种或更多种组成的合金中的至少一种。另外地，金属可以进一步包含Cr，Mn，V和Ti中的至少一种。

[0015] 该种情况下，陶瓷组成比和金属组成比按重量比为60：40到95：5。如果金属按重量比少于5份，就会因为韧性差而趋向于产生裂纹和断裂。如果金属按重量比超过40份，则硬度和强度及抗磨损性差。进而，当冲压工件时，倾向于产生变形。

[0016] 优选地，为延长冲杆的使用寿命和提高冲压工件的精确度，冲杆表面的维氏硬度不小于1200。

[0017] 依据本发明的另一方面，制造该成型工具的方法包括如下步骤：

[0018] 用含陶瓷粉体和金属粉体的混合粉体制备密实体；

[0019] 烧结上述密实体制备多孔件(初级烧结步骤)；

[0020] 用含催化剂的溶液浸渍多孔件；并

[0021] 在氮化气体气氛下，将用含催化剂的溶液浸渍的所述多孔件进行再烧结，制备成致密烧结产品，如冲杆(次级烧结步骤)，

[0022] 其中，在再烧结步骤中，当炉子开始升温时，将氮化气体引入炉子中。

[0023] 在此工序中，在次级烧结步骤中，存在于多孔件表面附近的金属晶粒早于陶瓷晶粒开始晶粒生长。而且，存在于多孔件表面附近的陶瓷晶粒的晶粒生长被氮化气体如氮气所抑制，因为氮化气体通常阻碍陶瓷晶粒的晶粒生长。存在于多孔件中部的陶瓷晶粒的晶粒生长不会受到抑制，因为在多孔件的中部几乎没有氮化气体存在。而且，在多孔件中的陶瓷晶粒的晶粒生长因催化剂而得到促进。

[0024] 由于上述原因，金属晶粒集中在表面附近。通过这种方式，获得从表面向内，金属组成比降低，陶瓷组成比升高的冲杆(梯度复合材料)是可能的。

[0025] 为了提供可用于塑性成型和冲床冲压(punch press stamping)的具有足够硬度，强度和韧性的成型工具，优选的陶瓷晶粒由W，Cr，Mo，Ti，V，Zr，Hf和镧系元素的碳化物，氮化物和碳氮化物中的至少一种组成，且金属晶粒由Fe，Ni，Co及包含这些金属中的两种或更多种的合金中的至少一种组成。进一步地，Cr，Mn，V和Ti中的至少一种可以加入到金属晶粒中。此时，陶瓷组成比和金属组成比按重量比为60：40到95：5。如果金属按重量比少于5份，会因为韧性差而趋向于产生裂纹和断裂。如果金属按重量比超过40份，则硬度和强度及抗磨损性差。所以，当冲压工件时，倾向于产生变形。

[0026] 在含催化剂的溶液中优选的催化剂的例子是Fe，Ni，Co，Mn，Cr，Mo，Ti或者镧系元素。

[0027] 举例来讲，优选的氮化气体是氮气，由于这种气体容易处理，而且容易控制反应速率。

[0028] 通过下面的与附图一同进行的描述，本发明的上述和其它目的，特征和优点将更加明显。在附图中，以说明性示例的方式说明了本发明的一个优选的实施方案。

附图说明

[0029] 图1是依据本发明的一个实施方案，由梯度复合材料制备的成型工具的主要组件的纵向截面图；

[0030] 图2是沿图1中箭头所示的II-II线所得的剖面图；

[0031] 图3是沿图1中箭头所示的III-III线所得的剖面图；

[0032] 图4是示意依据本发明的该实施方案来制造成型工具的冲杆和/或冲模的方法的流程图；和

[0033] 图5是说明图2所示冲模的维氏硬度与从冲模外表面向模腔表面方向距离的依赖关系图；和

[0034] 图6是说明图3所示冲杆的维氏硬度与从冲杆外表面向内距离的依赖关系图。

具体实施方式

[0035] 参照附图，对依据本发明的成型工具及其制造方法的一个优选的实施方案作详细的描述。

[0036] 图1是依据本发明的一个实施方案，由梯度复合材料制备的成型工具10的主要组件的纵向截面图。如图1所示，成型工具10包括下部的固定平台12和上部的可动平台14。固定平台12包括用来支持加固环(模座)18的冲模定位件16。加固环18固定着冲模20。
模腔22在冲模20的中心。出模杆25的远端在模腔22中滑动。当支杆24移动抵到出模杆25时，出模杆25作上下往复移动。

[0037] 可动平台14包括用来支撑冲头座28的冲杆平板26。冲头座28夹持着冲杆30。当可动平台14向下移动时，工件32被冲杆30冲压。以这种方式即可完成对工件32的冲床冲压。在图1中，参照数字34表示的是从工件32上冲压下的碎屑。

[0038] 图2是沿图1中箭头所示的II-II线得到的剖面图。如图2所示，冲模20是圆筒形的。冲模20包括组成比不同的五个部分。富金属部分40a和富金属部分40b分别形成冲模20的内壁(内表面)和外壁(外表面)。在富金属部分40a和40b的每一个之中，金属组成比是相对高的。梯度部分42a，42b分别与富金属部分40a，40b相邻。进一步地，富陶瓷部分44位于梯度部分42a，42b之间。在富陶瓷部分44中，与富金属部分40a，40b相比，陶瓷组成比是相对高的。在梯度部分42a中，金属组成比从富金属部分40a向外到富陶瓷部分44逐渐降低。在梯度部分42b中，金属组成比从富金属部分40b向内到富陶瓷部分44逐渐降低。

[0039] 在冲模20中，构成冲模20的内壁(内表面)和外壁(外表面)的富金属部分40a，40b中的金属组成比最高。从富金属部分40a，40b到富陶瓷部分44，金属组成比逐渐降低。
相反，构成冲模20的内壁(内表面)和外壁(外表面)的富金属部分40a，40b中的陶瓷组成比最低。从富金属部分40a，40b到富陶瓷部分44，陶瓷组成比逐渐升高。

[0040] 在冲模20中，富金属部分40a的内表面构成模腔表面。

[0041] 图3是沿图1中箭头所示的III-III线所得的剖面图。如图3所示，冲杆30包括组成比不同的三个部分(内部的富陶瓷部分46，梯度部分50和外部的富金属部分48)。

[0042] 在梯度部分50中，金属组成比从富陶瓷部分46向外到富金属部分48逐渐升高。在冲杆30中，从表面向内金属组成比降低，陶瓷组成比升高。

[0043] 如上所述，冲模20和冲杆30由梯度复合材料组成，其中从表面向内，金属组成比降低，陶瓷组成比升高。

[0044] 适用于冲模20和冲杆30的陶瓷材料包括W，Cr，Mo，Ti，V，Zr，Hf和镧系元素的碳化物，氮化物和碳氮化物中的至少一种。适用于冲模20和冲杆30的金属材料包括Fe，Ni，Co及由这些金属中的两种或更多种组成的合金中的至少一种。另外地，金属可以进一步包含Cr，Mn，V和Ti中的至少一种。当用上述陶瓷和金属来作构成材料时，制备具有足够强度，硬度和韧性的冲模20和冲杆30是可能的。

[0045] 当用上述陶瓷和金属作为冲模20和冲杆30的构成材料时，陶瓷组成比和金属组成比为60:40到95:5(重量比)。如果金属按重量比少于5份，会因为韧性差而趋向于产生裂纹和断裂。如果金属按重量比超过40份，则硬度和强度及抗磨损性差。进而，当冲压工件时，倾向于产生变形。

[0046] 优选地，构造冲模20的模腔的腔表面具有不小于1200的维氏硬度(Hv)。如果Hv小于1200，由于硬度差，冲模20的使用寿命可能不长。而且，此时，在工件和冲模20之间的摩擦系数(μ)高。结果，在冲床冲压过程中产生的热和应力增加。所以，工件表面容易冲压不精确。为了保证工件表面冲孔的精确度和冲模20的长使用寿命，优选的Hv不小于1300。

[0047] 在上述包含由梯度复合材料制备的冲模20和冲杆30的成型工具10中，表面(外部)韧性高，内部硬度和强度高。也就是说，当工件进行冲床冲压时，硬度，强度和韧性都是足够的。所以，使用寿命长，很少发生变形，很少产生裂纹和断裂。

[0048] 根据图4流程图所示的方法，能够制造冲模20和冲杆30。如图4所示，制造方法包括获得密实体的烧结步骤S1，烧结密实体制备多孔件的初级烧结步骤S2，用含催化剂的溶液浸渍多孔件的浸渍步骤S3和对多孔件进行再烧结以制备致密烧结产品的次级烧结步骤S4。

[0049] 在步骤S1中，将陶瓷粉体和金属粉体混合获得混合粉体。由于如上所述的原因，优选使用W，Cr，Mo，Ti，V，Zr，Hf和镧系元素的碳化物，氮化物和碳氮化物中的至少一种的陶瓷粉体。而且，优选使用Fe，Ni，Co及包含这些金属中的两种或更多种的合金中的至少一种的金属粉体。进一步地，也可以加入Cr，Mn，V和Ti中的至少一种。在混合粉体中的陶瓷粉体和金属粉体的组成比(陶瓷粉体：金属粉体)按重量比在60:40到95:5。

[0050] 为制备具有与冲模20或者冲杆30形状相符的密实体，向混合粉体施加一个成型载荷。在此工序中，为了在后面要描述的初级烧结步骤S2中获得多孔件，成型载荷的确定应使金属粉体不产生任何塑性变形。具体地，优选的成型载荷在大约100-300MPa。此种情况下，成功避免了金属粉体塑性变形的产生，因此，密实体中的开孔是不闭合的。

[0051] 随后，在初级烧结步骤S2中，将密实体烧结成气孔仍然保持开放的多孔件。如果在此阶段制得致密烧结产品，则在浸渍步骤S3中用含催化剂的溶液浸渍致密烧结体是困难的。

[0052] 所以，在初级烧结步骤S2中，烧结温度和时间的确定仅使金属晶粒彼此熔合，当金属晶粒间成颈时烧结工序就结束。在初级烧结步骤S2中，陶瓷晶粒彼此间没有熔合。由此，在该工序中密实体转变成多孔件，体积没有发生显著的变化。

[0053] 接下来，在浸渍步骤S3中，多孔件用含催化剂的溶液进行浸渍。具体地，将多孔件浸入到含催化剂的溶液中。浸渍的结果，含催化剂的溶液通过开孔渗透到多孔件中。

[0054] 在次级烧结步骤S4中，可以使用任何适于促进陶瓷晶粒生长的催化剂，包括，但不限于，Fe，Ni，Co，Mn，Cr，Mo，Ti和镧系元素。那些可用作含催化剂的溶液的溶液，包括通过将含有上述金属的金属盐溶解在溶剂中而获得的溶液，和有机金属溶液。

[0055] 在此工序中，催化剂分散或者溶解在溶剂中，分离成单个的分子或离子。所以，在浸渍步骤S3中，分离成单个的分子或离子的催化剂均匀的分散到多孔件中。由此，在次级烧结步骤S4中，在多孔件中，从表面向内，陶瓷晶粒的生长得到促进。

[0056] 在浸渍步骤S3之后，含催化剂的溶液静置自然干燥。可选地，可以将多孔件加热来干燥含催化剂的溶液。

[0057] 最后，在次级烧结步骤S4中，将多孔件在氮气气氛下再烧结制备成致密烧结产品。在次级烧结步骤S4中，当炉子开始升温时，将用来作为气氛的氮化气体引入炉子中。由此，获得致密烧结产品(梯度复合材料)，也就是，作为产品的冲模20或者冲杆30，其中陶瓷和金属的组成比为60:40到95:5。

[0058] 在次级烧结步骤S4中，在多孔件表面附近存在的陶瓷晶粒的晶粒生长受到作为气氛的氮化气体的阻碍。氮化气体几乎不能进入到多孔件中。所以，在多孔件内存在的陶瓷晶粒的晶粒生长与表面相比，受氮化气体阻碍的程度小。而且，在多孔件中的陶瓷晶粒的晶粒生长得到催化剂的促进。

[0059] 因此，在次级烧结步骤S4中，在多孔件表面附近的陶瓷晶粒的晶粒生长受到抑制，而在多孔件内的晶粒生长得到促进。结果，金属晶粒重新排布而集中在表面附近。也就是说，在得到的梯度复合材料(冲模20，冲杆30)中，在多孔件的表面附近的金属组成比高，而在多孔件内部陶瓷组成比高。

[0060] 如上所述，在次级烧结步骤S4中，通过在开始升温时引入氮化气体气氛，使存在于用含有催化剂的溶液浸渍的多孔件内部的陶瓷晶粒的晶粒生长程度，与位于表面附近的部分中的相比，是能够提高的。这样，金属晶粒产生重新排布。结果，能够获得梯度复合材料(冲模20或冲杆30)，其中从表面向内金属组成比降低，陶瓷组成比升高。

[0061] 在本发明的这一实施方案中，成型步骤S1和初级烧结步骤S2是分开进行的。可选地，步骤S1和S2可以同时进行，例如，通过热等静压(HIP)。

[0062] 实施例

[0063] 按重量比将90份平均粒径为1μm的碳化钨(WC)和10份平均粒径为1.4μm的钴(Co)混合制备成混合粉体。随后，依照冲杆的形状(见图1和3)将混合粉体成型获得密实体，成型压力120MPa。所得密实体在1273K下保持30分钟制备成多孔件。

[0064] 随后，将多孔件在浓度为10％的硝酸镍溶液中浸渍1分钟。这样，镍离子分散到多孔件中。接着，将多孔件于90℃放置干燥1小时。

[0065] 随后，将多孔件在1400℃下，在氮气气氛下放置90分钟。这样，就获得了用梯度复合材料制备的冲杆30。氮气在炉子开始升温时引入炉子中。

[0066] 进一步地，用相同的方式，获得用梯度复合材料制备的冲模20(见图1和2)。

[0067] 为了比较的目的，制备了作为对比的冲模和冲杆。在制造对比冲模和冲杆时，省略掉了用含催化剂的溶液进行浸渍的工序。冲模20，冲杆30，对比冲模，对比冲杆的耐用性在下面要描述的条件下进行了测试。

[0068] 检测了在冲模20和冲杆30中的金属组成比。在富金属部分40a，40b，48中，金属组成比在13-14wt％(重量百分数)。在富陶瓷部分44，46中，金属组成比是7wt％。

[0069] 然后，将冲模20，冲杆30，对比冲模和对比冲杆切开，对冲模20，冲杆30，对比冲模和对比冲杆的剖面表面进行了检测。图5显示的是冲模20和对比冲模的剖面表面的维氏硬度。图6显示的是冲杆30和对比冲杆的剖面表面的维氏硬度。在图5中，所示的冲模20的维氏硬度是沿从富金属部分(外表面)40b到富金属部分(模腔表面)40a的方向。类似地，从外表面到模腔表面显示对比冲模的维氏硬度。在图6中，所示的冲杆30的维氏硬度沿从富金属部分(外表面)48到富陶瓷部分(内部)46的方向。类似地，从外表面到内部显示对比冲杆的维氏硬度。

[0070] 如图5和6所示，对比冲模或冲杆在整个的剖面表面有均一的维氏硬度。相反，由梯度复合材料制备的冲模20中，富陶瓷部分(内部)44的维氏硬度与富金属部分42a，42b的维氏硬度相比是高的。由梯度复合材料制备的冲杆30中，富陶瓷部分(内部)46的维氏硬度与富金属部分(外表面)48的维氏硬度相比也是高的。

[0071] 接下来，检测了冲杆30和对比冲杆的抗弯强度。在冲杆30中，富金属部分48的抗弯强度是5.2GPa，而富陶瓷部分46的抗弯强度是3.6GPa。对比冲杆的抗弯强度在2.8GPa到3.2GPa的范围。所以冲杆30的抗弯强度比对比冲杆的抗弯强度有显著的提高。还检测了冲杆30和对比冲杆的刚度。富陶瓷部分46的刚度为597GPa，这比对比冲杆的刚度高了40GPa。发现冲杆30的抗弯强度和刚度比对比冲杆的要高。

[0072] 接下来进行了冲杆30的耐用性检测实验。可动平台14向下朝着固定平台12移动，用冲杆30在厚度为14mm的SNCM630上冲孔。每冲一次用时1秒钟。冲压成功的持续了一段预定的时间。施加在SNCM630上的最大力为4.3GPa。这取决于在冲压过程中，在冲杆30上是否有裂纹，断裂或者变形的产生。进一步地，在相同的条件下，对对比冲杆的耐用性进行了检测。据此实验，对比冲杆在冲压几次到230次(最大值)后，在压力作用下就崩溃了。相反，冲杆30甚至在经过800次冲压后没有变形。在冲杆30上没有发现裂纹或者断裂。

[0073] 进一步地，对用冲杆30和对比冲杆冲压的工件进行了检测。发现用冲杆30冲压的工件与用对比冲杆冲压的工件相比，有光滑而且精确的表面。

[0074] 在接下来的实验中，采用在冷锻工艺中用逆向挤压制备的厚度为12mm的SCM420作工件。此种情况下，对比冲杆在3000次冲压后断裂。相反，冲杆30在冲压300000次后断裂。

[0075] 接下来，将冲杆30和对比冲杆用作螺母锻压机在作为工件的SUS304或者SUS316上冲孔来制备螺母。在该实验中使用的对比冲杆中有一个是用TiN涂覆的。冲床冲压进行的速度在150到250cpm。没有涂覆的对比冲杆在冲压200000次后就不能在工件上冲出预定的形状。用TiN涂覆的对比冲杆在冲压1000000次后不能从工件上冲下。冲杆30能够在工件上冲孔1300000到1400000次，且具有高度的表面精确度。

[0076] 上面的实验清楚的表明，冲杆30的抗磨损性和抗冲击性比对比冲杆的好。

[0077] 为检测冲模20的耐用性，进行了另一个实验。在成型工具10的模腔22中，对厚度为8mm的JIS SUH35等价材料进行冷锻，并持续了一段预定的时间。成型周期是1秒钟。施加在JIS SUH35等价材料上的最大力为2.8GPa。这取决于在冷锻过程中在冲杆30上是否有裂纹，断裂或者变形的产生。进一步地，在相同的条件下对对比冲模的耐用度进行了检测。据此实验，在对比冲模中，经过20到52分钟后产生裂纹或者断裂。相反，在冲模20中，甚至10小时后也没有产生裂纹或断裂。

[0078] 进一步地，用JIS SUH38等价材料以100cpm的速度进行冷锻来对冲模20的耐用性进行了检测。根据此实验，对比冲模在冷锻3000到5000次后，不能使工件按预定的形状发生塑性变形。相反，冲模20在冷锻100000次后仍能使工件发生塑性变形。

[0079] 进而，用对比冲模和冲模20以各种不同的速度使工件发生塑性变形。结果，当速度为180m/s时，在对比冲模中产生了裂纹。在冲模20中形成裂纹时，速度为560m/s。也就是说，冲模20能够在明显相对高的速度下使工件发生塑性变形。

[0080] 如上所述，根据本发明的成型工具包括由梯度复合材料组成的冲杆，其中从表面向内部，金属组成比降低，陶瓷组成比升高。所以，根据本发明的冲杆具有高的硬度和强度及高的韧性。据此，因为成型工具抗磨损性优异，该成型工具具有长的使用寿命，很少发生变形。而且，很少产生裂纹和断裂。进一步地，提高成型精确度也是可能的。

[0081] 在根据本发明制造成型工具的方法中，由含催化剂的溶液浸渍的多孔件在氮气气氛下进行再烧结来制备冲杆(梯度复合材料)。在此工序中，多孔件表面附近存在的陶瓷晶粒的晶粒生长受到氮气的抑制，而多孔件内的陶瓷晶粒的晶粒生长受到催化剂的促进。据此，金属晶粒集中在表面。所以，获得从表面向里金属组成比降低，陶瓷组成比上升的冲杆是可能的，也就是说，冲杆的表面具有高的韧性，内部具有高的硬度。

[0082] 尽管本发明参照了一个优选的实施方案进行了具体的说明和描述，应该明白的是，在不脱离后面的权利要求中所限定的本发明的主旨和范围的情况下，本专业技术人员可以对其进行变动和完善。