技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于新材料切斷刀制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種陶瓷粘膠纖維切斷刀制備方法，制備具有高可靠性、強(qiáng)度和韌性以及低成本的特種陶瓷切斷刀，以替代金屬材質(zhì)的切斷刀。

背景技術(shù)：
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材料、能源和信息是現(xiàn)代社會(huì)的支柱，也是新世紀(jì)人們所關(guān)心的主要問題，新材料的開發(fā)將成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng)點(diǎn)，在很大程度上決定或影響著高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)陶瓷是當(dāng)今材料的一個(gè)重要的組成部分，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)中占有重要的地位。結(jié)構(gòu)陶瓷具有優(yōu)異的性能：硬度高、耐熱性能好、耐沖刷、耐磨、蠕變速率低、耐化學(xué)腐蝕，屬于嚴(yán)酷工作條件下的結(jié)構(gòu)材料，在能源、紡織、機(jī)械、冶金、化工等方面都起著關(guān)鍵性的作用；但是，結(jié)構(gòu)陶瓷的致命弱點(diǎn)是脆性大，強(qiáng)度低；由于陶瓷沒有可滑移的位錯(cuò)系統(tǒng)，當(dāng)外加能量超過一定的限度時(shí)，結(jié)構(gòu)陶瓷以形成新的裂紋表面能來消耗外加能量，即在陶瓷體內(nèi)形成新的裂紋表面，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)陶瓷災(zāi)難性的破壞；基于此，對(duì)陶瓷材料進(jìn)行強(qiáng)化和增韌成為陶瓷材料研究的關(guān)鍵，由于結(jié)構(gòu)陶瓷的特性和制備工藝的原因，傳統(tǒng)的制備方法使得結(jié)構(gòu)陶瓷的可靠性差，制造成本高；現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)陶瓷以納米復(fù)合陶瓷強(qiáng)韌化技術(shù)為最優(yōu)，能夠使陶瓷材料的強(qiáng)度和韌性同時(shí)得到很大的提高，韌化強(qiáng)化有三種機(jī)理：一是在微米級(jí)陶瓷基體中加入的納米顆粒抑制基體晶粒的長(zhǎng)大，使組織結(jié)構(gòu)均勻化，從而改善材料的力學(xué)性能，納米－微米材料中除一定量的納米顆粒處于基體晶界上，大部分納米顆粒由于其粒徑很小，而且燒結(jié)過程中惰性大，在一定溫度下基體顆粒以納米顆粒為核形成晶粒，將納米顆粒包裹在基體顆粒內(nèi)部，形成內(nèi)晶型結(jié)構(gòu)，材料中存在大量的次界面，由于基體的顆粒與納米添加顆粒的熱膨脹系和彈性模量的失配，在次界面處將存在較大的殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力通過微米顆粒傳到晶界上，變成有利于晶界加強(qiáng)的壓應(yīng)力，從而強(qiáng)化了晶界，殘余應(yīng)力還能引發(fā)位錯(cuò)，納米相使位錯(cuò)釘扎或堆積，起到分散和阻礙裂紋的作用，達(dá)到強(qiáng)化效果；在更小的結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)，納米顆粒的應(yīng)力還能形成微裂紋，約束材料中初始裂紋的擴(kuò)展，起到進(jìn)一步細(xì)化晶粒的作用，晶界上的粒子起著改變斷裂模式的重要作用，當(dāng)沿晶裂紋擴(kuò)展靠近晶界上納米顆粒時(shí)，在粒子的周圍形成壓縮切應(yīng)力，切應(yīng)力將偏析裂紋尖端使其遠(yuǎn)離納米粒子，從而成為穿晶裂紋，同時(shí)晶界有被顆粒局域強(qiáng)化的可能，穿晶斷裂具有較大的斷裂功，所以較沿晶斷裂模式具有增加材料韌性的作用；二是顆粒橋聯(lián)的韌化機(jī)理，添加在微米級(jí)體中的納米顆粒在一個(gè)正擴(kuò)展的裂紋尖端后部橋聯(lián)形成裂紋面的屏蔽，若所添加的顆粒較軟，則材料中分散體僑聯(lián)的寬度就大，臨界裂紋擴(kuò)展距離大，形成的保護(hù)區(qū)就長(zhǎng)，吸收斷裂能也大，增韌效果好。

目前，結(jié)構(gòu)陶瓷的應(yīng)用面臨制造成本高和使用性能可靠性差的問題，陶瓷的制造成本高，從而導(dǎo)致產(chǎn)品的價(jià)格高，無法與金屬及其復(fù)合材料競(jìng)爭(zhēng)，其中陶瓷機(jī)加工的成本幾乎占到陶瓷制造成本的1－2/3，主要是因?yàn)樘沾刹考某尚瓦_(dá)不到近凈尺寸成型，另外，陶瓷材料的性能分散性大，可靠性差，使許多領(lǐng)域不敢涉足陶瓷產(chǎn)品。因此，研發(fā)一種高可靠性、強(qiáng)度和韌性以及低成本的陶瓷粘膠纖維切斷刀制備方法，有利于結(jié)構(gòu)陶瓷材料的批量化生產(chǎn)制備，促進(jìn)科學(xué)研究成果迅速轉(zhuǎn)化為商品，具有很好的規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，尋求設(shè)計(jì)一種高可靠性、強(qiáng)度和韌性以及低成本的陶瓷粘膠纖維切斷刀制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的陶瓷粘膠纖維切斷刀制備方法的工藝過程包括漿料制備、坯體成型和微波燒結(jié)共三個(gè)步驟：

(一)、漿料制備：將丙烯酰胺單體與n，n’亞甲基雙丙烯酰胺按照17:1的質(zhì)量比混合制備得到混合體，再將混合體與水按照18：85的質(zhì)量比混合制備得到預(yù)配液，在預(yù)配液中加入0.5％質(zhì)量份數(shù)的分散劑與純度大于99％和粒度小于20nm的粉狀3y-tzp配制成ph值為9.5、固相體積分?jǐn)?shù)大于50％的懸浮體，懸浮體經(jīng)球磨機(jī)混合10小時(shí)后得到粘度小于200mpa.s的水體系陶瓷漿料，混合體在水體系陶瓷漿料中的質(zhì)量百分比為3％，完成漿料的制備；

(二)、坯體成型：采用現(xiàn)有的凈尺寸液態(tài)澆鑄原位凝固成型技術(shù)對(duì)漿料進(jìn)行真空處理后，在漿料中加入1％質(zhì)量百分比引發(fā)劑和0.5％體積百分比催化劑形成混合物，將混合物勻速的澆注到模具中進(jìn)行凝膠化，然后進(jìn)行脫模并干燥，完成坯體的成型；

(三)、微波燒結(jié)：將坯體放入微波燒結(jié)裝置的微波燒結(jié)腔中，按照設(shè)定的升溫曲線，對(duì)坯體進(jìn)行微波燒結(jié)。

本發(fā)明涉及的分散劑為質(zhì)量百分比濃度為5％的聚甲基丙烯酸銨溶液；引發(fā)劑為質(zhì)量百分比濃度為5％的過硫酸銨水溶液；催化劑為質(zhì)量百分比濃度為5％的四甲基乙二胺水溶液。

本發(fā)明制備的陶瓷粘膠纖維切斷刀的密度為6.08克/厘米³，硬度為11.62gpa，抗彎強(qiáng)度為882.57mpa，斷裂韌性為11.05mpam^1/2。

本發(fā)明涉及的微波燒結(jié)裝置的主體結(jié)構(gòu)包括磁控管、微波電源、環(huán)形器、水負(fù)載、四樁調(diào)諧器、加熱腔、負(fù)載、天線陣、轉(zhuǎn)動(dòng)支架和托盤；設(shè)置有磁控管的微波電源與環(huán)形器的左端管道式連接，環(huán)形器的下端設(shè)置有水負(fù)載，環(huán)形器的右端與四樁調(diào)諧器的左端管道式連接，四樁調(diào)諧器的右端與內(nèi)空式矩形結(jié)構(gòu)的加熱腔管道式直角連接，設(shè)置有負(fù)載加熱腔的頂端設(shè)置有天線陣，加熱腔的底端設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)支架，轉(zhuǎn)動(dòng)支架的頂端設(shè)置有圓形板狀結(jié)構(gòu)的托盤；磁控管發(fā)射的微波頻率為2.45ghz；微波電源的最大輸出功率為5kw；環(huán)形器用于將負(fù)載的反射波送入水負(fù)載，使其不致返回磁控管，以保護(hù)磁控管；水負(fù)載用于吸收環(huán)形器送入的反射波；四樁調(diào)諧器用于控制加熱腔使負(fù)載的反射波最??；加熱腔的材質(zhì)為不銹鋼；天線陣用于匯聚微波并使微波順利進(jìn)入加熱腔；轉(zhuǎn)動(dòng)支架用于旋轉(zhuǎn)和支撐托盤，使托盤在轉(zhuǎn)動(dòng)支架的帶動(dòng)下做圓周運(yùn)動(dòng)；托盤用于承載被燒結(jié)的物品。

本發(fā)明涉及的凝膠注模成型技術(shù)，適合于規(guī)?；a(chǎn)，能夠提高成品率和成品可靠性,顯著降低制造成本，消除陶瓷粉體顆粒的團(tuán)聚體，減少燒結(jié)過程中復(fù)雜形狀部件的變形和開裂，減少最終產(chǎn)品的機(jī)加工量，獲得高可靠性的陶瓷材料與部件；制備的胚體密度和強(qiáng)度高、均勻性好，外形尺寸不固定；微波燒結(jié)裝置將微波能通過匯聚天線控制在一定空間范圍內(nèi)，加大加熱范圍并將均勻分布能量，實(shí)現(xiàn)陶瓷材料連續(xù)化微波燒結(jié)，并能夠和常規(guī)燒結(jié)設(shè)備結(jié)合使用，微波燒結(jié)結(jié)合常規(guī)燒結(jié)能夠彌補(bǔ)常規(guī)燒結(jié)靠熱傳導(dǎo)加熱的加熱溫度梯度大、材料受熱不均勻、加熱時(shí)間長(zhǎng)和耗能大的缺點(diǎn)，同時(shí)避免了陶瓷材料在低溫時(shí)吸收微波能差的問題。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，將納米陶瓷材料用于化纖生產(chǎn)中替代昂貴合金刀的高性能陶瓷異形刀，采用最先進(jìn)的凈尺寸液態(tài)澆鑄原位凝固成型技術(shù)保證高性能陶瓷異形刀的成型均勻性和致密性要求，借助國(guó)際領(lǐng)先的微波燒結(jié)技術(shù)，進(jìn)一步提高材料的各項(xiàng)性能指標(biāo)，確保高性能陶瓷異形刀的高精度、高能性和長(zhǎng)期使用性，使用固相含量高和流動(dòng)性好的料漿通過凈尺寸液態(tài)澆鑄原位凝固成型技術(shù)和微波燒結(jié)裝置制備出強(qiáng)度高和均勻性好的陶瓷粘膠纖維切斷刀制備方法，燒結(jié)完畢后只需表面拋光即可使用，避免了燒結(jié)后的研磨加工工序，具有強(qiáng)度高、耐磨性好，拋光性較好，磨擦系數(shù)小，耐腐蝕性高、高溫強(qiáng)度大、熱震性好、耐磨損、耐腐蝕、尺寸穩(wěn)定性好和自潤(rùn)滑性能好的特點(diǎn)；其原理科學(xué)合理，操作性強(qiáng)，能耗低、投資少、成品率高、成本低，使用環(huán)境友好。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明的工藝流程框圖。

圖2為本發(fā)明涉及的微波燒結(jié)裝置的主體結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖3為本發(fā)明涉及的陶瓷粘膠纖維切斷刀的主體結(jié)構(gòu)原理示意圖，其中，a為刀片，b為固定孔，c為刀刃。

具體實(shí)施方式：

下面通過實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例制備的陶瓷粘膠纖維切斷刀制備方法的工藝過程包括漿料制備、坯體成型和微波燒結(jié)共三個(gè)步驟：

(一)、漿料制備：將丙烯酰胺單體與n，n’亞甲基雙丙烯酰胺按照17:1的質(zhì)量比混合制備得到混合體，再將混合體與水按照18：85的質(zhì)量比混合制備得到預(yù)配液，在預(yù)配液中加入0.5％質(zhì)量份數(shù)的分散劑與純度大于99％和粒度小于20nm的粉狀3y-tzp配制成ph值為9.5、固相體積分?jǐn)?shù)大于50％的懸浮體，懸浮體經(jīng)球磨機(jī)粉碎10小時(shí)后得到粘度小于200mpa.s的水體系陶瓷漿料，混合體在水體系陶瓷漿料中的質(zhì)量百分比為3％，完成漿料的制備；

(二)、坯體成型：采用現(xiàn)有的凈尺寸液態(tài)澆鑄原位凝固成型技術(shù)對(duì)漿料進(jìn)行真空處理后，在漿料中加入1％質(zhì)量百分比引發(fā)劑和0.5％體積百分比催化劑形成混合物，將混合物勻速的澆注到模具中進(jìn)行凝膠化，然后進(jìn)行脫模并干燥，完成坯體的成型；

(三)、微波燒結(jié)：將坯體放入微波燒結(jié)裝置的微波燒結(jié)腔中，按照設(shè)定的升溫曲線，對(duì)坯體進(jìn)行微波燒結(jié)。

本實(shí)施例涉及的分散劑為質(zhì)量百分比濃度為5％的聚甲基丙烯酸銨溶液(pmaa-nh4)；引發(fā)劑為質(zhì)量百分比濃度為5％的過硫酸銨水溶液；催化劑為質(zhì)量百分比濃度為5％的四甲基乙二胺水溶液。

本實(shí)施例制備的陶瓷粘膠纖維切斷刀的密度為6.08克/厘米³，硬度為11.62gpa，抗彎強(qiáng)度為882.57mpa，斷裂韌性為11.05mpam^1/2。

本實(shí)施例涉及的微波燒結(jié)裝置的主體結(jié)構(gòu)包括磁控管1、微波電源2、環(huán)形器3、水負(fù)載4、四樁調(diào)諧器5、加熱腔6、負(fù)載7、天線陣8、轉(zhuǎn)動(dòng)支架9和托盤10；設(shè)置有磁控管1的微波電源2與環(huán)形器3的左端管道式連接，環(huán)形器3的下端設(shè)置有水負(fù)載4，環(huán)形器3的右端與四樁調(diào)諧器5的左端管道式連接，四樁調(diào)諧器5的右端與內(nèi)空式矩形結(jié)構(gòu)的加熱腔6管道式直角連接，設(shè)置有負(fù)載7加熱腔6的頂端設(shè)置有天線陣8，加熱腔6的底端設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)支架9，轉(zhuǎn)動(dòng)支架9的頂端設(shè)置有圓形板狀結(jié)構(gòu)的托盤10；磁控管1發(fā)射的微波頻率為2.45ghz；微波電源2的最大輸出功率為5kw；環(huán)形器3用于將負(fù)載7的反射波送入水負(fù)載4，使其不致返回磁控管1，以保護(hù)磁控管1；水負(fù)載4用于吸收環(huán)形器3送入的反射波；四樁調(diào)諧器5用于控制加熱腔6使負(fù)載7的反射波最小；加熱腔6的材質(zhì)為不銹鋼；天線陣8用于匯聚微波并使微波順利進(jìn)入加熱腔6；轉(zhuǎn)動(dòng)支架9用于旋轉(zhuǎn)和支撐托盤10，使托盤10在轉(zhuǎn)動(dòng)支架9的帶動(dòng)下做圓周運(yùn)動(dòng)；托盤10用于承載被燒結(jié)的物品。

本實(shí)施例涉及的凝膠注模成型技術(shù)，適合于規(guī)?；a(chǎn)，能夠提高成品率和成品可靠性,顯著降低制造成本，消除陶瓷粉體顆粒的團(tuán)聚體，減少燒結(jié)過程中復(fù)雜形狀部件的變形和開裂，減少最終產(chǎn)品的機(jī)加工量，獲得高可靠性的陶瓷材料與部件；制備的胚體密度和強(qiáng)度高、均勻性好，外形尺寸不固定；微波燒結(jié)裝置將微波能通過匯聚天線控制在一定空間范圍內(nèi)，加大加熱范圍并將均勻分布能量，實(shí)現(xiàn)陶瓷材料連續(xù)化微波燒結(jié)，并能夠和常規(guī)燒結(jié)設(shè)備結(jié)合使用，微波燒結(jié)結(jié)合常規(guī)燒結(jié)能夠彌補(bǔ)常規(guī)燒結(jié)靠熱傳導(dǎo)加熱的加熱溫度梯度大、材料受熱不均勻、加熱時(shí)間長(zhǎng)和耗能大的缺點(diǎn)，同時(shí)避免了陶瓷材料在低溫時(shí)吸收微波能差的問題。