[发明专利]一种陶瓷粘胶纤维切断刀制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于新材料切断刀制备技术领域，涉及一种陶瓷粘胶纤维切断刀制备方法，制备具有高可靠性、强度和韧性以及低成本的特种陶瓷切断刀，以替代金属材质的切断刀。

背景技术：

材料、能源和信息是现代社会的支柱，也是新世纪人们所关心的主要问题，新材料的开发将成为我国国民经济新的增长点，在很大程度上决定或影响着高新技术产业的发展，结构陶瓷是当今材料的一个重要的组成部分，在国民经济建设和国防现代化建设中占有重要的地位。结构陶瓷具有优异的性能：硬度高、耐热性能好、耐冲刷、耐磨、蠕变速率低、耐化学腐蚀，属于严酷工作条件下的结构材料，在能源、纺织、机械、冶金、化工等方面都起着关键性的作用；但是，结构陶瓷的致命弱点是脆性大，强度低；由于陶瓷没有可滑移的位错系统，当外加能量超过一定的限度时，结构陶瓷以形成新的裂纹表面能来消耗外加能量，即在陶瓷体内形成新的裂纹表面，导致结构陶瓷灾难性的破坏；基于此，对陶瓷材料进行强化和增韧成为陶瓷材料研究的关键，由于结构陶瓷的特性和制备工艺的原因，传统的制备方法使得结构陶瓷的可靠性差，制造成本高；现有的结构陶瓷以纳米复合陶瓷强韧化技术为最优，能够使陶瓷材料的强度和韧性同时得到很大的提高，韧化强化有三种机理：一是在微米级陶瓷基体中加入的纳米颗粒抑制基体晶粒的长大，使组织结构均匀化，从而改善材料的力学性能，纳米－微米材料中除一定量的纳米颗粒处于基体晶界上，大部分纳米颗粒由于其粒径很小，而且烧结过程中惰性大，在一定温度下基体颗粒以纳米颗粒为核形成晶粒，将纳米颗粒包裹在基体颗粒内部，形成内晶型结构，材料中存在大量的次界面，由于基体的颗粒与纳米添加颗粒的热膨胀系和弹性模量的失配，在次界面处将存在较大的残余应力，残余应力通过微米颗粒传到晶界上，变成有利于晶界加强的压应力，从而强化了晶界，残余应力还能引发位错，纳米相使位错钉扎或堆积，起到分散和阻碍裂纹的作用，达到强化效果；在更小的结构范围内，纳米颗粒的应力还能形成微裂纹，约束材料中初始裂纹的扩展，起到进一步细化晶粒的作用，晶界上的粒子起着改变断裂模式的重要作用，当沿晶裂纹扩展靠近晶界上纳米颗粒时，在粒子的周围形成压缩切应力，切应力将偏析裂纹尖端使其远离纳米粒子，从而成为穿晶裂纹，同时晶界有被颗粒局域强化的可能，穿晶断裂具有较大的断裂功，所以较沿晶断裂模式具有增加材料韧性的作用；二是颗粒桥联的韧化机理，添加在微米级体中的纳米颗粒在一个正扩展的裂纹尖端后部桥联形成裂纹面的屏蔽，若所添加的颗粒较软，则材料中分散体侨联的宽度就大，临界裂纹扩展距离大，形成的保护区就长，吸收断裂能也大，增韧效果好。

目前，结构陶瓷的应用面临制造成本高和使用性能可靠性差的问题，陶瓷的制造成本高，从而导致产品的价格高，无法与金属及其复合材料竞争，其中陶瓷机加工的成本几乎占到陶瓷制造成本的1－2/3，主要是因为陶瓷部件的成型达不到近净尺寸成型，另外，陶瓷材料的性能分散性大，可靠性差，使许多领域不敢涉足陶瓷产品。因此，研发一种高可靠性、强度和韧性以及低成本的陶瓷粘胶纤维切断刀制备方法，有利于结构陶瓷材料的批量化生产制备，促进科学研究成果迅速转化为商品，具有很好的规模化产业化前景。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种高可靠性、强度和韧性以及低成本的陶瓷粘胶纤维切断刀制备方法。

为了实现上述目的，本发明涉及的陶瓷粘胶纤维切断刀制备方法的工艺过程包括浆料制备、坯体成型和微波烧结共三个步骤：

(一)、浆料制备：将丙烯酰胺单体与N，N’亚甲基双丙烯酰胺按照17:1的质量比混合制备得到混合体，再将混合体与水按照18：85的质量比混合制备得到预配液，在预配液中加入0.5％质量份数的分散剂与纯度大于99％和粒度小于20nm的粉状3Y-TZP配制成pH值为9.5、固相体积分数大于50％的悬浮体，悬浮体经球磨机混合10小时后得到粘度小于200mPa.S的水体系陶瓷浆料，混合体在水体系陶瓷浆料中的质量百分比为3％，完成浆料的制备；

(二)、坯体成型：采用现有的净尺寸液态浇铸原位凝固成型技术对浆料进行真空处理后，在浆料中加入1％质量百分比引发剂和0.5％体积百分比催化剂形成混合物，将混合物匀速的浇注到模具中进行凝胶化，然后进行脱模并干燥，完成坯体的成型；

(三)、微波烧结：将坯体放入微波烧结装置的微波烧结腔中，按照设定的升温曲线，对坯体进行微波烧结。

本发明涉及的分散剂为质量百分比浓度为5％的聚甲基丙烯酸铵溶液；引发剂为质量百分比浓度为5％的过硫酸铵水溶液；催化剂为质量百分比浓度为5％的四甲基乙二胺水溶液。