玻璃模具是玻璃制品成型的重要工具，模具质量直接影响其使用寿命、玻璃制品的外观和生产成本。在玻璃制品成型过程中，模具频繁地与1100℃ 以上的熔融玻璃接触，一般生产玻璃器皿的机速为8次／min，而且在开模、合模的过程中，模具都会发生碰撞 。因此，玻璃模具除要求材料具有良好的机械性能之外，还应具有良好的抗热疲劳、抗氧化、抗生长等性能。显然，采用单一材料难以满足上述性能上的特殊要求。而双金属复合材料的优势在于可以充分发挥两种金属材料各自的性能优势，使基体材料与具有特殊性能的表层材料达到有机结合，因此双金属复合材料在玻璃模具中的应用将会成为今后发展的重点方向之一。 

一． 玻璃模具材料的应用与发展
    铸铁材料由于工艺性能好以及成本上的优势，依然是国内玻璃模具生产企业的常用材料。国外的玻璃模具材料主要为合金耐热铸铁等，加工后再经表面强化处理，模具寿命高达40万～50万次。国内普遍采用灰铸铁，使用寿命一般为7万～12万次，与国外的差距较大。近年来，我国研制了多种新型玻璃模具材料，模具寿命普遍提高。但铸铁本身性能上的缺陷使其在要求较高的玻璃制品生产过程中的应用受到影响，主要体现在铸铁模具材料的抗氧化性、抗长大性能以及热疲劳性能不足，因此使用寿命受到一定得限制。
   
    目前，玻璃模具材料开发号性能改善等方面的研究主要体现在3个方面。
    一.是通过合金化改善组织形态的方法来提高材料性能。对于铸铁玻璃模具来讲，在高温条件下工作时，通常会产生氧化和生长等，成为模具失效的主要原因。为了提高铸铁的抗氧化性能，常常加入合金元素Cr、Mo、Ni、V、Sn等进行合金化。其中cr是耐热铸铁中应用最广泛的合金元素，能有效提高铸铁的抗拉强度、伸长率、屈服强度、硬度、耐热性能及抗氧化性能；Mo可提高铸铁的热稳定性及抗热疲劳性能；Cu可改善铸铁的加工性能，提高模具的表面粗糙度等。如铜钼铬合金铸铁材料结晶粒细，金相组织均匀，耐磨、耐热性与稳定性高，热膨胀系数小，其玻璃模具寿命在30万～40万次 。

    二.是通过控制石墨的形态与分布状态提高模具材料的抗氧化性能、热疲劳性能等，主要体现在石墨的形状对铸铁模具性能的影响。氧离子在灰El铸铁中扩散时，沿着片状石墨所形成的通道直接由表面进入内部，扩散速度快，形成氧化膜时间短，氧化严重。而对于石墨分布比较分散的状态，如D型石墨、蠕虫状石墨等，氧离子的扩散则是沿初生奥氏体扩散到石墨球中，使石墨球逐个被氧化，所以，以间接氧化为主，氧离子扩散慢，形成的氧化膜相对较薄，因此提高了材料的抗氧化性能。据报道，以铝为主要合金元素的蠕墨铸铁作为模具材料，其使用寿命可以达到74.5万次以上。

    三.是通过开发新的合金来满足使用性能上的需要，模具的关键部件采用合金钢、不锈钢、铜基合金、镍基合金等代替铸铁材料。如以Ni、A1、zn为主要元素的铜基合金具有良好的导热性能，采用这种铜基合金来制作模具的关键部件，在提高玻璃制品成型速度的同时，模具使用寿命提高了2～3倍，用它作为受热条件较为恶劣的瓶口模具是比较适宜的。这些合金虽然有各自的性能方面的优势，但价格相对较高，因此应用受到一定的影响。

    为进一步改善模具的性能，提高模具的使用寿命，在玻璃模具制造过程中也在尝试一些新的工艺与技术，其中应用最多的是模具表面镀层工艺。表面覆层处理即通过一定的工艺方法，在模具工作面上沉积薄层金属或合金，以达到提高模具表面性能的效果。常用的表面覆层工艺有表面镀层、热喷涂、气相沉积、离子注入等口在生产中应用的主要是等离子喷涂和高速火焰喷涂。在模具上采用热喷涂金属陶瓷涂层对其表面进行强化，可提高其硬度、抗黏着、抗冲击、耐磨和抗冷热疲劳等性能。如作为初型模的冲头材料，在常用材料不锈钢材料表面喷涂30～50 μ m厚的WC—Co涂层后，寿命可以得到明显提高，而且制品质量也得到改善。

    尽管通过模具的表面镀层处理可以改善模具的使用性能，提高其使用寿命，但这些工艺过程均需要特殊的设备条件，而且对操作者的技术要求比较高，所以在模具制造过程中仍然存在着制造成本高、而且工作效率较低的情况，因此需要对模具制造过程进行改进。 

二、双金属材料在玻璃模具中的应用前景
    玻璃模具的常用材料是灰铸铁和以Hi、C r、Mo为主要合金元素的合金铸铁，这些铸铁材料在使用过程中存在着性能上的不稳定性以及随时间的延续出现性能的衰退，造成铸铁材料的玻璃模具使用寿命普遍较短，无法满足用户的要求。铸铁材料作为玻璃模具制造的主要使用材料，在性能上存在着明显的劣势主要表现在：1．在高温条件下工作时，通常会产生氧化和生长等，影响铸铁氧化的主要因素有氧化膜的性质、合金元素以及石墨形状、大小、数量等，石墨在高温氧化性气氛下会发生显著的氧化反应，石墨片愈粗大、连续、石墨数量愈多，氧化性气氛愈易侵入铸件内部，氧化也愈严重；2．石墨对铸铁基体组织起到非常明显的割裂作用，特别是片状石墨，其割裂作用极为明显，在交变温度条件下，石墨对铸铁基体组织的割裂作用就体现在该处是基体组织的裂纹源。

    通过表面处理技术可以改善模具的性能与使用寿命，但表面处理需要昂贵的设备，如等离子喷焊设备等，而且在工艺设施过程中受到人为因素的影响较大，所以性能稳定性较差。而双金属复合材料是由两种或两种以上金属经复合而形成的一种新型材料，通过材料的合理选择及成型工艺过程的控制来实现冶金结合，使两种金属间形成稳定的结合层；综合了两种材料的性能优势，具有单种金属材料不可比拟的优点 ，使模具材料具有良好的使用寿命，同时节约大量金属材料，综合经济效益较好，符合建设节约型社会和发展循环经济的要求。日本最近报道已开发出不锈钢一铜复合玻璃模具材料，模具综合了两种材料的性能优势，使玻璃容器成型时间由原来的32s-6s，大大提高了玻璃制品的生产效率，而且模具寿命也得到了较大程度的提高。

    玻璃模具的使用特征决定了玻璃模具材料的发展方向是双金属复合材料，基于双金属复合材料的性能优势，对其成形方法的研究与开发也成为热点之一。目前较为成熟的工艺方法包括爆炸复合、轧制复合、复合铸造、化学镀层、热浸镀等。其中铸造法生产金属复合材料的成本较低，应用得到很大的发展，如离心铸造是生产双金属辊套筒类铸件最有效的方法，铸造法的工艺特征为：在先浇注的外层金属基本凝固时浇入内层金属液，两层金属通过组分扩散或外层金属的重熔实现两层金属的冶金结合，使外层金属与内层金属融合成一个整体。

    复合铸造工艺的工艺适应性更强，它不受零件尺寸与现状的限制，可以制备不同形状特征的工件，采用复合铸造的工艺方法不需要特殊的设备条件，但需要严格控制工艺过程，目前常用工艺方法有2种：1．两种金属分别在不同的熔化设备中进行熔炼，先浇注高温金属，间隔适当时问后，再浇注另外一种金属；2．将预先准备好的高熔点金属件经过表面清理后放置于铸型中，预热到合理的温度后浇人熔点较低的金属，通过二者的扩散熔合形成整体铸件。这两种工艺过程形成的铸件应进行热处理以消除应力。由于复合铸造工艺具有良好的适应性，同时不需要特殊设备条件，制造成本较低，因此非常适合玻璃模具的生产与制造。

    目前在玻璃模具复合材料的研究与开发方面，基本上是在模具基体材料上形成较薄的～层复合层，以提高模具内表面的热性能、抗长大性能以及耐磨性等，通过一定的工艺方法形成层状双金属复合材料。当然，不同的工艺方法，其制造成本和质量控制的效果也有所不同。如由于初型口模不仅受到强烈的热冲击，同时又受到成型时的压力，因此初型口模要求具有良好的综合性能。目前玻璃瓶工厂在生产中大量使用带镍芯的硅铜合金口模，国内通常采用的工艺方法为表面喷焊，而美国、意大利、台湾等采用镶铸工艺生产这种口模。以啤酒瓶口模为例，对两种口模的成本与利润进行比较。

    通过比较可以看到，铜合金镶铸镍基合金为毛坯做口模，省略了喷焊或者氩弧焊环节，不再需要二次加工，生产上更省时省力，利润也高出50％以上。目前双金属复合材料及其成型工艺的研究已经比较广泛，如通过爆炸复合、轧制复合、复合铸造、离心铸造等方法制备钢～不锈钢材料、铝一钢复合材料、铝一铜复合材料等，并且部分工艺经历了生产性试验，获得了比较满意的结果。其中铸造法生产复合材料的制造成本较低，也符合玻璃模具行业发展的特点，因此，随着工艺技术的不断改进与探索，双金属复合材料在玻璃模具材料的研究与开发方面将会得到快速发展。

三、结论
    玻璃模具材料的选用是提高玻璃制品成型效率的重要依据。限于玻璃模具制造企业的特点，目前玻璃模具使用最为广泛的仍为铸铁材料。尽管通过铸铁材料的合金化及表面处理工艺在一定程度上提高了模具的使用寿命，但双金属复合材料更适合玻璃模具的使用要求，因此开发低成本双金属模具复合材料及其生产工艺具有广阔的前景。