Ti(C,N)基金属陶瓷的用途、曲面玻璃热弯模具及曲面玻璃的制造方法

摘要

本发明公开了一种Ti(C,N)基金属陶瓷的用途、曲面玻璃热弯模具及曲面玻璃的制造方法，以解决现有技术中采用石墨制成的曲面玻璃热弯模具不耐氧化侵蚀的问题。所述用途具体为Ti(C,N)基金属陶瓷作为曲面玻璃热弯模具的构成材料、曲面玻璃热弯模具成型面的构成材料或曲面玻璃热弯模具成型面的表面涂层材料的用途。所述曲面玻璃热弯模具是一种用于在玻璃坯件的软化温度下对玻璃坯件进行压制由此使玻璃坯件按照模具成型面成型为曲面玻璃的零件或零件的组合，该模具由Ti(C,N)基金属陶瓷构成或该模具的成型面由Ti(C,N)基金属陶瓷构成或该模具成型面具有Ti(C,N)基金属陶瓷表面涂层。

权利要求

1.Ti(C,N)基金属陶瓷作为曲面玻璃热弯模具的构成材料、曲面玻璃热弯模具成型面的构成材料或曲面玻璃热弯模具成型面的表面涂层材料的用途；所述Ti(C,N)基金属陶瓷主要由按重量份计：60－90份的Ti(C,N)硬质相、6－30份的铁族金属粘接相，以及2－8份的过渡族金属碳化物强化相构成。

2.如权利要求1所述的用途，其特征在于：所述铁族金属粘接相包括Co、Ni中的至少一种以及Cr，所述Ti(C,N)基金属陶瓷中Cr的含量按重量份计为3－15份。

3.如权利要求2所述的用途，其特征在于：所述过渡族金属碳化物强化相选自WC、Mo2C、TaC、NbC中的一种或几种。

4.曲面玻璃热弯模具，是一种用于在玻璃坯件的软化温度下对玻璃坯件进行压制由此使玻璃坯件按照模具成型面成型为曲面玻璃的零件或零件的组合，其特征在于：该模具由Ti(C,N)基金属陶瓷构成或该模具的成型面由Ti(C,N)基金属陶瓷构成或该模具成型面具有Ti(C,N)基金属陶瓷表面涂层；所述Ti(C,N)基金属陶瓷主要由按重量份计：60－90份的Ti(C,N)硬质相、6－30份的铁族金属粘接相，以及2－8份的过渡族金属碳化物强化相构成。

5.如权利要求4所述的模具，其特征在于：所述铁族金属粘接相包括Co、Ni中的至少一种以及Cr，所述Ti(C,N)基金属陶瓷中Cr的含量按重量份计为3－15份。

6.如权利要求4所述的模具，其特征在于：所述过渡族碳化物强化相选自WC、Mo2C、TaC、NbC中的一种或几种。

7.如权利要求4所述的模具，其特征在于，该模具的制造方法包括以下步骤：

1)制备粉末混合物

将包括按重量份计以下配比的原料制成粉末混合物：Ti(C,N)粉：60－90份

铁族金属：6－30份

过渡族金属碳化物：2－8份；

2)压制

通过压力成型将上述粉末混合物制成压坯；

3)预烧结

对压坯进行烧结，烧结终点温度为1000-1200℃，在此温度下保温时间1-3小时，冷却得到预烧结坯；

4)预加工

通过数控铣床对预烧结坯进行铣削加工形成预加工坯；

5)终温烧结

对预加工坯进行烧结，烧结终点温度为1400-1480℃，在此温度下保温时间1-3小时，冷却得到终温烧结坯；

6)精加工

通过电火花加工设备对终温烧结坯进行电火花加工得到精加工工件；

7)抛光

对精加工工件进行抛光，最后得到制造成品。

8.如权利要求7所述的模具，其特征在于：所述步骤5)采用加压烧结，加压的气体介质为氮气或氩气，气压为3－8MPa。

9.曲面玻璃的制造方法，其步骤包括：

I.将权利要求4至8中任意一项权利要求所述模具组装为压制预备状态；

II.对压制预备状态的模具进行加热，从而使模具中所含的玻璃坯件软化；

III.通过模具对软化后的玻璃坯件进行压制，使玻璃坯件成型为曲面玻璃。

说明书

Ti(C,N)基金属陶瓷的用途、曲面玻璃热弯模具及曲面玻璃的

制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及Ti(C,N)基金属陶瓷以及曲面玻璃热弯成型技术领域，具体而言，涉及Ti(C,N)基金属陶瓷的用途、曲面玻璃热弯模具及曲面玻璃的制造方法。

背景技术

[0002] Ti(C,N)基金属陶瓷是一类主要以Ti(C,N)为硬质相、以Co、Ni、Mo等铁族金属为粘接相，并常常添加有WC、TaC、NbC、Mo2C、VC、Cr3C2等过渡族金属碳化物形成强化相的复合材料。Ti(C,N)基金属陶瓷具有优良的耐高温、耐磨性能以及良好的韧性和强度，目前主要作为刀具材料而应用于机械加工领域。此外，也有文章提到：Ti(C,N)基金属陶瓷还可作为：发动机的高温部件，如小轴瓦、叶轮根部法兰、阀门、阀座、推杆、摇臂、偏心轮轴、热喷嘴以及活塞环等；以及石化工业中的密封机械，如密封环、阀门。

[0003] 另一方面，随着手机、平板电脑等电子产品的不断升级，这类电子产品的屏幕已经开始大量采用曲面玻璃(如2.5D玻璃屏、3D玻璃屏)。曲面玻璃一般通过设置在热弯机中的曲面玻璃热弯模具来制造，制造方法的基本步骤为：首先，将模具组装为压制预备状态，此时，模具中装有玻璃坯件；然后，对压制预备状态的模具进行加热，从而使模具中所含的玻璃坯件软化；此后，通过模具对软化后的玻璃坯件进行压制，使玻璃坯件成型为曲面玻璃；最后，对模具进行冷却，冷却后从模具中取出曲面玻璃产品。

[0004] 上述制造方法对于曲面玻璃热弯模具的材料提出了较高要求。一般而言，曲面玻璃热弯模具的材料需满足以下条件：一，在玻璃坯件软化点温度下保持足够的强度，不发生高温变形或蠕变；二、在一定压力下与软化的玻璃坯件下维持界面惰性、互不浸润；三，具有良好的热导性和抗热震性，能够反复进行快速加热和冷却；四、具有良好的被铣削和被抛光性能，从而使制造的曲面玻璃满足电子产品对曲面玻璃表面光洁度、尺寸精度等的苛刻要求；五，与玻璃的热膨胀系数相近，以免在加热时由于热膨胀系数不同导致玻璃发生爆裂或褶皱。

[0005] 目前所采用的石墨制成的曲面玻璃热弯模具能够满足上述条件。但是，由于石墨不耐氧化侵蚀，在曲面玻璃的制造过程中需将模具置于保护气氛(例如氮气、氩气)下，以减少空气与模具接触导致模具烧蚀。使用保护气氛不仅显著的增加了曲面玻璃的制造成本，并且仍然存在模具在弱氧气氛下逐渐烧蚀的现象。因此，模具的表面需要间断性抛光修复，直至最终因为氧化导致石墨晶粒间结合强度下降出现强度不足的整体性失效。根据所采用的石墨性能不同，现有曲面玻璃热弯模具的使用次数一般为1000-3000次。

[0006] 目前尚未见到Ti(C,N)基金属陶瓷在曲面玻璃热弯模具上应用。同时，也未见有人提出，在曲面玻璃热弯模具上应用Ti(C,N)基金属陶瓷的可能性。另外，一般而言，也很难预测Ti(C,N)基金属陶瓷应用于曲面玻璃热弯模具的适宜性。

发明内容

[0007] 本发明的主要目的在于提供一种Ti(C,N)基金属陶瓷的用途、曲面玻璃热弯模具及曲面玻璃的制造方法，以解决现有技术中采用石墨制成的曲面玻璃热弯模具不耐氧化侵蚀的问题。

[0008] 为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种Ti(C,N)基金属陶瓷作为曲面玻璃热弯模具的构成材料、曲面玻璃热弯模具成型面的构成材料或曲面玻璃热弯模具成型面的表面涂层材料的用途。

[0009] 所述Ti(C,N)基金属陶瓷一般可以由按重量份计10－90份的Ti(C,N)硬质相、6－45份的铁族金属粘接相，以及2－45份的过渡族金属碳化物强化相构成。其中，所述铁族金属粘接相一般包括Fe、Co、Ni、Cr中的一种或几种。

[0010] 进一步地，所述Ti(C,N)基金属陶瓷主要由按重量份计：60－90份的Ti(C,N)硬质相、6－30份的铁族金属粘接相，以及2－8份的过渡族金属碳化物强化相构成。

[0011] 进一步地，所述铁族金属粘接相包括Co、Ni中的至少一种以及Cr，所述Ti(C,N)基金属陶瓷中Cr的含量按重量份计为3－15份。

[0012] 进一步地，所述过渡族金属碳化物强化相选自WC、Mo2C、TaC、NbC中的一种或几种。

[0013] 为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种曲面玻璃热弯模具。该模具是一种用于在玻璃坯件的软化温度下对玻璃坯件进行压制由此使玻璃坯件按照模具成型面成型为曲面玻璃的零件或零件的组合，该模具由Ti(C,N)基金属陶瓷构成或该模具的成型面由Ti(C,N)基金属陶瓷构成或该模具成型面具有Ti(C,N)基金属陶瓷表面涂层。

[0014] 进一步地，所述Ti(C,N)基金属陶瓷主要由按重量份计：60－90份的Ti(C,N)硬质相、6－30份的铁族金属粘接相，以及2－8份的过渡族金属碳化物强化相构成。

[0015] 进一步地，所述铁族金属粘接相包括Co、Ni中的至少一种以及Cr，所述Ti(C,N)基金属陶瓷中Cr的含量按重量份计为3－15份。

[0016] 进一步地，所述过渡族碳化物强化相选自WC、Mo2C、TaC、NbC中的一种或几种。

[0017] 进一步地，上述模具的制造方法包括以下步骤：

[0018] 1)制备粉末混合物

[0019] 将包括按重量份计以下配比的原料制成粉末混合物：

[0020] Ti(C,N)粉：60－90份

[0021] 铁族金属：6－30份

[0022] 过渡族金属碳化物：2－8份；

[0023] 2)压制

[0024] 通过压力成型将上述粉末混合物制成压坯；

[0025] 3)预烧结

[0026] 对压坯进行烧结，烧结终点温度为1000-1200℃，在此温度下保温时间1-3小时，冷却得到预烧结坯；

[0027] 4)预加工

[0028] 通过数控铣床对预烧结坯进行铣削加工形成预加工坯；

[0029] 5)终温烧结

[0030] 对预加工坯进行烧结，烧结终点温度为1400-1480℃，在此温度下保温时间1-3小时，冷却得到终温烧结坯；

[0031] 6)精加工

[0032] 通过电火花加工设备对终温烧结坯进行电火花加工得到精加工工件；

[0033] 7)抛光

[0034] 对精加工工件进行抛光，最后得到制造成品。

[0035] 进一步地，所述步骤5)采用加压烧结，加压的气体介质为氮气或氩气，气压为3－8MPa。

[0036] 为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种曲面玻璃的制造方法。该方法步骤包括：

[0037] I.将上述模具组装为压制预备状态；

[0038] II.对压制预备状态的模具进行加热，从而使模具中所含的玻璃坯件软化；

[0039] III.通过模具对软化后的玻璃坯件进行压制，使玻璃坯件成型为曲面玻璃。

[0040] 进一步地，在实施步骤II和步骤III时，令所述模具处于弱保护气氛的工作环境下，所述弱保护气氛是指氧的体积百分含量≤3％的保护气氛。

[0041] 根据本发明的另一个方面，还提供了一种Ti(C,N)基金属陶瓷零件的制造方法。该方法包括以下步骤：

[0042] 1)制备粉末混合物；

[0043] 2)通过压力成型将上述粉末混合物制成压坯；

[0044] 3)对压坯进行预烧结，预烧结终点温度为第一温度，冷却得到预烧结坯；

[0045] 4)对预烧结坯进行预加工形成预加工坯；

[0046] 5)对预加工坯进行终温烧结，终温烧结终点温度为第二温度，冷却得到终温烧结坯；

[0047] 6)对终温烧结坯进行精加工加工得到精加工工件；

[0048] 其中，所述第一温度低于第二温度。

[0049] 此外，根据本发明的另一个方面，提供了一种曲面玻璃热弯模具的制造方法。该方法包括以下步骤：

[0050] 1)制备粉末混合物

[0051] 将包括按重量份计以下配比的原料制成粉末混合物：

[0052] Ti(C,N)粉：60－90份

[0053] 铁族金属：6－30份

[0054] 过渡族金属碳化物：2－8份；

[0055] 2)压制

[0056] 通过压力成型将上述粉末混合物制成压坯；

[0057] 3)预烧结

[0058] 对压坯进行烧结，烧结终点温度为1000-1200℃，在此温度下保温时间1-3小时，冷却得到预烧结坯；

[0059] 4)预加工

[0060] 通过数控铣床对预烧结坯进行铣削加工形成预加工坯；

[0061] 5)终温烧结

[0062] 对预加工坯进行烧结，烧结终点温度为1400-1480℃，在此温度下保温时间1-3小时，冷却得到终温烧结坯；

[0063] 6)精加工

[0064] 通过电火花加工设备对终温烧结坯进行电火花加工得到精加工工件；

[0065] 7)抛光

[0066] 对精加工工件进行抛光，最后得到制造成品。

[0067] 试验表明，Ti(C,N)基金属陶瓷作为曲面玻璃热弯模具的构成材料在曲面玻璃热弯模具的使用中体现出十分优异的性能：第一，Ti(C,N)基金属陶瓷在800℃的玻璃坯件软化点温度下的强度远大于石墨；第二，Ti(C,N)基金属陶瓷在模具工作温度下与玻璃保持界面稳定，不发生反应或浸润，曲面玻璃成型并经冷却后可轻易从模具上脱模；第三，具有良好的热导性和抗热震性；第四，Ti(C,N)基金属陶瓷的热膨胀系数与玻璃十分相近，明显优于石墨；第五，Ti(C,N)基金属陶瓷在模具工作温度下体现出十分优异的抗氧化性能，可显著改善模具的使用寿命；第六，Ti(C,N)基金属陶瓷硬度高、耐磨性极佳，因此不易被刮伤或产生磨损，导致模具失效。鉴于Ti(C,N)基金属陶瓷的上述适宜性，当曲面玻璃热弯模具由Ti(C,N)基金属陶瓷构成、或者曲面玻璃热弯模具的成型面由Ti(C,N)基金属陶瓷构成、又或者曲面玻璃热弯模具成型面的表面涂层由Ti(C,N)基金属陶瓷构成时，均能够有效改善曲面玻璃热弯模具不耐氧化侵蚀的问题。

[0068] 此外，采用上述模具制造方法后，能够克服Ti(C,N)基金属陶瓷高硬度和高强度所可能带来的加工不便问题，且该方法制造的曲面玻璃热弯模具能够达到很高的尺寸精度以及成型面的光洁度。

[0069] 上述的曲面玻璃的制造方法，由于采用了本发明的曲面玻璃热弯模具，因此在实施步骤II和步骤III时能够有效改善模具不耐氧化侵蚀的问题；由于模具耐氧化侵蚀，可通过令所述模具处于弱保护气氛或无保护气氛的工作环境下从而降低曲面玻璃的制造成本。

[0070] 下面结合具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

具体实施方式

[0071] 下面对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。需要特别指出的是：

[0072] 本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

[0073] 此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一分部的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

[0074] 关于本发明中术语和单位。本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“主要由……构成”、“包括”、“选自”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

[0075] 【曲面玻璃的制造】

[0076] 曲面玻璃的制造方法，步骤包括：

[0077] I.将曲面玻璃热弯模具组装为压制预备状态；

[0078] II.对压制预备状态的模具进行加热，从而使模具中所含的玻璃坯件软化；

[0079] III.通过模具对软化后的玻璃坯件进行压制，使玻璃坯件成型为曲面玻璃；

[0080] IV.对模具进行冷却，冷却后从模具中取出曲面玻璃产品。

[0081] 压制预备状态下的曲面玻璃热弯模具一般由上模和下模组成；其中，下模上设有朝上开口的曲面成型腔室，上模设有朝下凸出的成型凸模，上模与下模之间夹置有玻璃坯件。

[0082] 模具的加热、压制和冷却则在热弯机上进行。而热弯机是曲面玻璃制造领域中的现有设备。当模具被加热而使其中所含的玻璃坯件软化后，热弯机可驱动上模与下模朝合模方向运动，由此对软化后的玻璃坯件进行压制，使玻璃坯件成型为曲面玻璃。

[0083] 此外，在模具的加热、压制等过程中，还可将模具置于保护气氛下，以减少甚至杜绝空气与模具接触，从而起到有效避免模具在高温下被氧化侵蚀的作用。但这样做增加曲面玻璃的制造成本。

[0084] 【曲面玻璃热弯模具】

[0085] 在本发明的一组实施例中，曲面玻璃热弯模具的上模和下模均由Ti(C,N)基金属陶瓷构成。该组实施例中，各上模、下模的制造方法包括的步骤如下：

[0086] 1)制备粉末混合物

[0087] 按照所需要得到的Ti(C,N)基金属陶瓷，将原料配置成粉末混合物；

[0088] 2)压制

[0089] 通过压力成型将上述粉末混合物制成压坯；

[0090] 3)预烧结

[0091] 对压坯进行预烧结，预烧结终点温度为第一温度，冷却得到预烧结坯；

[0092] 4)预加工

[0093] 通过数控铣床对预烧结坯进行铣削加工形成预加工坯；

[0094] 5)终温烧结

[0095] 对预加工坯进行终温烧结，终温烧结终点温度为高于第一温度的第二温度，冷却得到终温烧结坯；

[0096] 6)精加工

[0097] 通过电火花加工设备对终温烧结坯进行电火花加工得到精加工工件；

[0098] 7)抛光

[0099] 对精加工工件进行抛光最后得到制造成品。

[0100] 终温烧结后将得到硬度、强度很高的Ti(C,N)基金属陶瓷，不便于进行切削加工；而通过压力成型将粉末混合物制成的压坯的整体性和强度又较差，也不便于进行切削加工。因此，上述方法创造性的在终温烧结前先对压坯进行预烧结，使压坯转变为强度介于压坯与终温烧结坯之间的预烧结坯，该预烧结坯具有适宜切削加工的强度等性能，能够满足预加工过程的要求，极大的方便了模具的制造。

[0101] 上述方法还将铣削加工、电火花加工、抛光这些常规的加工手段有机地融入Ti(C,N)基金属陶瓷的粉末冶金制造工艺中，能够确保模具的制造精度和表面要求，同时也保证了模具的制造效率，很好的控制了模具的制造成本。

[0102] 第一温度、第二温度的具体数值可根据所选的Ti(C,N)基金属陶瓷来进行设定。其中，第一温度一般为1000-1200℃，第二温度一般为1400-1480℃。而在第一温度、第二温度下的保温时间一般为1-3小时。

[0103] 所述步骤2)中的成型压力可按常规的Ti(C,N)基金属陶瓷粉末冶金制造工艺中压制步骤的成型压力来设定，一般设定为100-300Mpa。

[0104] 所述步骤5)优选采用加压烧结，加压的气体介质为氮气或氩气，气压为3－8MPa。加压烧结可以抑制烧结时高温液相组分的挥发，同时通过外加气压促进液相流动，加快颗粒重排促进致密化。3－8Mpa的气压设定既保证了致密化效果，兼顾了设备抗压能力。

[0105] 【Ti(C,N)基金属陶瓷】

[0106] 用于上述实施例的Ti(C,N)基金属陶瓷，其原料成分及含量(重量百分比)如表1所示。

[0107] 表1

[0108]

[0109] 将实施例1-5的原料分别放入球磨机中进行球磨，球料比为8:1，转速为30转/分钟，球磨时间为70小时，以无水乙醇作为湿磨介质，球磨完成后得到均匀的混合料浆。然后将实施例1-5的的混合料浆分别进行喷雾制粒，得到干燥的流动性良好的混合料粒子，从而完成实施例1-5的粉末混合物的制备。

[0110] 将实施例1-5的粉末混合物分别按上述曲面玻璃热弯模具制造方法制成对应的上模和下模(各实施例的上模和下模采用同样的Ti(C,N)基金属陶瓷)。具体工艺参数参见表2所示。

[0111] 表2

[0112]

[0113] 通过上述曲面玻璃热弯模具制造方法分别得到实施例1-5的曲面玻璃热弯模具的上模和下模，各上模和下模的精度偏差均在0.02mm以下。

[0114] 【曲面玻璃热弯模具的性能】

[0115] 分别测试实施例1-5的曲面玻璃热弯模具的性能(结果参见表3所示)并根据上述的曲面玻璃的制造方法制造曲面玻璃。

[0116] 表3

[0117]

[0118] 根据表3所示，结合曲面玻璃的制造，实施例1-5的曲面玻璃热弯模具体现出以下性能：

[0119] 第一，Ti(C,N)基金属陶瓷的曲面玻璃热弯模具在800℃的玻璃坯件软化点温度下的强度远大于石墨模具；

[0120] 第二，Ti(C,N)基金属陶瓷的曲面玻璃热弯模具在模具工作温度下与玻璃保持界面稳定，不发生反应或浸润，曲面玻璃成型并经冷却后可轻易从模具上脱模；

[0121] 第三，Ti(C,N)基金属陶瓷的曲面玻璃热弯模具具有良好的热导性和抗热震性；

[0122] 第四，Ti(C,N)基金属陶瓷的曲面玻璃热弯模具的热膨胀系数与玻璃十分相近(玻璃的热膨胀系数一般为7-9×10-6k-1)，明显优于石墨模具；

[0123] 第五，Ti(C,N)基金属陶瓷的曲面玻璃热弯模具在模具工作温度下体现出十分优异的抗氧化性能(在表3中，800℃空气中1h质量变化是由于氧化所导致模具失重，因此，该项数值越低，表明高温抗氧化性越高)，可显著改善模具的使用寿命；

[0124] 第六，Ti(C,N)基金属陶瓷的曲面玻璃热弯模具硬度高、耐磨性极佳，因此不易被刮伤或产生磨损，导致模具失效。

[0125] 另外，从表3中可以看出，实施例2和实施例3的曲面玻璃热弯模具高温抗氧化性明显较其他实施例更好，而原因主要由Ti(C,N)基金属陶瓷的成分所决定。

[0126] 使用设置有上述实施例的曲面玻璃热弯模具的热弯机来制造3D手机玻璃，该曲面玻璃热弯模具在中途不修整的情况下可使用6000次以上。

[0127] 另外，鉴于Ti(C,N)基金属陶瓷高温抗氧化性突出，在制造3D手机玻璃的过程中，还可令曲面玻璃热弯模具处于弱保护气氛(指氧的体积百分含量≤3％的保护气氛，如氧的体积百分含量≤3％的氮气)的工作环境下，从而减少保护气氛的用量。