技術領域：
本發明屬于新材料鋼領制備技術領域，涉及一種陶瓷鋼領制備方法，制備具有高硬度、耐磨以及低成本的特種陶瓷鋼領，以替代現有技術中的金屬材質的鋼領。
背景技術：
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鋼領是環錠紡紗機對紗線加捻和卷繞的關鍵元件，其性能的優劣決定著紡紗能否順利進行，影響紡紗斷頭和成紗毛羽，同時也關系到生產成本；我國是紡織大國，擁有環錠細紗機錠數約8000萬枚，位列世界第一，環錠紡紗機的“環”即指鋼領，鋼領的材質為20鋼，經c-n共滲后，大多數以拋光表面的形式出售；鍍鉻鋼領、電解滲硫、離子鍍硫亞光自潤滑鋼領，鍍或涂ni—p、mos：、鍍氟、類金鋼石鍍層、黑寶石的鋼領都是在20鋼鋼材上進行表面處理，以提高其硬度和潤滑性，滿足紡織廠的需求；國內現有技術中，在滲碳的基礎上，采用碳氮共滲、氮化及多元共滲等方法提高鋼領的抗粘著和抗疲勞能力，使其具有較好的耐磨性和較長的使用壽命，但電解液易老化，成本高，質量不穩定并存在污染環境的問題；而由鐵基粉末燒結而成的粉末冶金燒結鋼領，浸油后自潤滑性好，具有高強度、高密度、高精度的特點，但其冶金微孔易堵塞，使用中潤滑油易污染紗線；鍍鉻鋼領在采用電鍍方法加工時，鋼領內外圈電流密度不勻，造成鍍層厚薄差異很大，內跑道為主要支撐面、磨損量大，鋼領上車困難，走熟期過長，鋼絲圈易磨損，導致成紗質量不高。國外現有技術中，采用化學氣相沉積(cvd)tic處理鋼領，在工件表面涂覆一層極薄的具有特殊性能的單質或化合物，(cvd)tic處理的鋼領具有硬度高，摩擦因數小，使用壽命可達四年，但其一次性投資過大，加工工藝較復雜，產品售價高，難以適應日前國內市場的需要。中國專利200710070442.3公開的一種氮化硅涂層鋼領及其制備方法，在平面鋼領的工作面上均勻沉積一層氮化硅涂層，先對鋼領工作面進行拋光和清洗處理，再將鋼領放入射頻等離子體增強化學氣相沉積設備中，沉積面朝上，系統抽至真空，以硅烷和氨氣為反應氣源，在硅烷流量10-30sccm、硅烷和氨氣流量比1/2-1/6、沉積溫度300-600℃、射頻功率80-150w的條件下，沉積10-30min停止，自然冷卻，得到氮化硅涂層鋼領；中國專利201210536214.1公開的一種新型鋼領的制備方法包括如下步驟：a)制備鋼領主體，b)機加工鋼領主體，c)熱處理凹槽結構，d)制備鋼領上蓋，e)鋼領的裝配；中國專利201310178167.2公開了一種環錠捻線機粉末冶金鋼領圈的制備方法，先將20號工業用機油與還原鐵粉混合后，依次加入天然鱗片石墨粉末、鉬粉和鎢粉，混料時間為45-60分鐘，再用80目篩網過篩第二步的混料，將過篩的混料按5.5-6.0t/cm2壓力，進行零件毛坯成型，密度為6.25-6.35g/cm3，將成型的鋼領圈毛坯放置在氮化硅墊板上燒結，冷卻出爐；中國專利201610379041.5公開的一種防腐耐磨鋼領的制備方法包括以下步驟：步驟一，分別選用一定量改性碳化硅納米粉和不銹鋼金屬粉與粘結劑混合，將混合均勻的兩種預混料按1:100～1:10的重量比于密煉機中80～100℃下密煉1～4h，再升溫至160～200℃混煉5～30min后注射于模具中成型，壓力為300～500mpa,時間50～150s，步驟二，將成型毛坯在空氣氣氛下升溫至300～400℃，升溫速率5～10℃/min，保溫30min，步驟三，然后在氨氣氣氛中快速升溫至1200～1500℃，升溫速率20～30℃/min，保溫1～2h，步驟四，燒結毛坯經精加工、打磨、拋光后制得鋼領成品；所制備鋼領維氏硬度達到1000以上，耐鹽霧性達到2000h左右，走熟期1～5min；以上專利產品遠不能滿足鋼領對高質量紗線出口及噴氣織機的要求，而且，使用周期為8-12個月，在生產中每使用3個月要下機進行磨礪拋光處理，再上機使用，以致消耗大量的物力、人力、財力；目前，根據鋼領的生產和應用狀況，必須提高鋼領的制造水平，開發出精度高、走熟期短、硬度高、耐磨性好、粗糙度小、使用壽命長的鋼領新產品，以適應環錠紡紗機提速的發展形勢。因此，研發設計一種使用硬度大、顆粒小的納米陶瓷材料制備陶瓷鋼領的方法，具有很好的規模化和產業化前景。
技術實現要素：
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本發明的目的在于克服現有技術存在的缺點，尋求設計一種陶瓷鋼領制備方法，以制備表面硬度高、表面粗糙度低、耐磨性能好，使用壽命長的鋼領，減少紡紗斷頭率，提高紡紗質量，降低材料成本，提高產品的市場競爭力，適應紡織產業快速發展的需要。
為了實現上述目的，本發明涉及的陶瓷鋼領制備方法的工藝過程包括漿料制備、坯體成型和微波燒結共三個步驟：
(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的質量比混合制備得到混合體，再將混合體與水按照18：85的質量比混合制備得到預配液，在預配液中加入0.5％質量份數的分散劑與純度大于99.9％和粒度小于20nm的粉狀3y-tzp配制成ph值為9.5、固相體積分數大于50％的懸浮體，懸浮體經球磨機混合10小時后得到粘度小于200mpa.s的水體系陶瓷漿料，混合體在水體系陶瓷漿料中的質量百分比為3％，完成漿料的制備；
(二)、坯體成型：采用現有的凈尺寸液態澆鑄原位凝固成型技術對漿料進行真空處理后，1％質量百分比引發劑和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行凝膠化，然后進行脫模并干燥，完成坯體的成型；
(三)、微波燒結：將坯體放入微波燒結裝置的微波燒結腔中，按照設定的升溫曲線，對坯體進行微波燒結。
本發明涉及的分散劑為質量百分比濃度為5％的聚甲基丙烯酸銨溶液；引發劑為質量百分比濃度為5％的過硫酸銨水溶液；催化劑為質量百分比濃度為5％的四甲基乙二胺水溶液。
本發明涉及的陶瓷鋼領的密度為6.02克/厘米3，硬度為12.23gpa，抗彎強度為896.86mpa，斷裂韌性為11.36mpam1/2。
本發明涉及的微波燒結裝置的主體結構包括磁控管、微波電源、環形器、水負載、四樁調諧器、加熱腔、負載、天線陣、轉動支架和托盤；設置有磁控管的微波電源與環形器的左端管道式連接，環形器的下端設置有水負載，環形器的右端與四樁調諧器的左端管道式連接，四樁調諧器的右端與內空式矩形結構的加熱腔管道式直角連接，設置有負載加熱腔的頂端設置有天線陣，加熱腔的底端設置有轉動支架，轉動支架的頂端設置有圓形板狀結構的托盤；磁控管發射的微波頻率為2.45ghz；微波電源的最大輸出功率為5kw；環形器用于將負載的反射波送入水負載，使其不致返回磁控管，以保護磁控管；水負載用于吸收環形器送入的反射波；四樁調諧器用于控制加熱腔使負載的反射波最小；加熱腔的材質為不銹鋼；天線陣用于匯聚微波并使微波順利進入加熱腔；轉動支架用于旋轉和支撐托盤，使托盤在轉動支架的帶動下做圓周運動；托盤用于承載被燒結的物品。
本發明涉及的凝膠注模成型技術，適合于規模化生產，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聚體，減少燒結過程中復雜形狀部件的變形和開裂，減少最終產品的機加工量，獲得高可靠性的陶瓷材料與部件；制備的胚體密度和強度高、均勻性好，外形尺寸不固定；微波燒結裝置將微波能通過匯聚天線控制在一定空間范圍內，加大加熱范圍并將均勻分布能量，實現陶瓷材料連續化微波燒結，并能夠和常規燒結設備結合使用，微波燒結結合常規燒結能夠彌補常規燒結靠熱傳導加熱的加熱溫度梯度大、材料受熱不均勻、加熱時間長和耗能大的缺點，同時避免了陶瓷材料在低溫時吸收微波能差的問題。
本發明與現有技術相比，采用固相含量高和流動性好的料漿通過凈尺寸液態澆鑄原位凝固成型和微波燒結制備出高強度和均勻致密的陶瓷鋼領，燒結完畢后只需表面拋光即可使用，避免了燒結后的研磨加工工序，具有良好的耐磨性、尺寸穩定性、自潤滑性和拋光性，磨擦系數小，在紗線生產中用于替代合金鋼領；其原理科學合理，操作性強，能耗低、投資少、紗線成品率高、制備成本低，使用環境友好，有良好的工業應用前景。
附圖說明：
圖1為本發明的工藝流程框圖。
圖2為本發明涉及的微波燒結裝置的主體結構原理示意圖。
圖3為本發明涉及的陶瓷鋼領的主體結構原理示意圖。
圖4為本發明涉及的陶瓷鋼領的側視結構原理示意圖。
圖5為本發明涉及的陶瓷鋼領的剖面結構原理示意圖。
具體實施方式：
下面通過實施例并結合附圖對本發明作進一步說明。
實施例1：
本實施例制備的陶瓷鋼領制備方法的工藝過程包括漿料制備、坯體成型和微波燒結共三個步驟：
(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的質量比混合制備得到混合體，再將混合體與水按照18：85的質量比混合制備得到預配液，在預配液中加入0.5％質量份數的分散劑與純度大于99.9％和粒度小于20nm的粉狀3y-tzp配制成ph值為9.5、固相體積分數大于50％的懸浮體，懸浮體經球磨機粉碎10小時后得到粘度小于200mpa.s的水體系陶瓷漿料，混合體在水體系陶瓷漿料中的質量百分比為3％，完成漿料的制備；
(二)、坯體成型：采用現有的凈尺寸液態澆鑄原位凝固成型技術對漿料進行真空處理后，1％質量百分比引發劑和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行凝膠化，然后進行脫模并干燥，完成坯體的成型；
(三)、微波燒結：將坯體放入微波燒結裝置的微波燒結腔中，按照設定的升溫曲線，對坯體進行微波燒結。
本實施例涉及的分散劑為質量百分比濃度為5％的聚甲基丙烯酸銨溶液(pmaa-nh4)；引發劑為質量百分比濃度為5％的過硫酸銨水溶液；催化劑為質量百分比濃度為5％的四甲基乙二胺水溶液。
本實施例制備的陶瓷鋼領的密度為6.02克/厘米3，硬度為12.23gpa，抗彎強度為896.86mpa，斷裂韌性為11.36mpam1/2。
本實施例涉及的微波燒結裝置的主體結構包括磁控管1、微波電源2、環形器3、水負載4、四樁調諧器5、加熱腔6、負載7、天線陣8、轉動支架9和托盤10；設置有磁控管1的微波電源2與環形器3的左端管道式連接，環形器3的下端設置有水負載4，環形器3的右端與四樁調諧器5的左端管道式連接，四樁調諧器5的右端與內空式矩形結構的加熱腔6管道式直角連接，設置有負載7加熱腔6的頂端設置有天線陣8，加熱腔6的底端設置有轉動支架9，轉動支架9的頂端設置有圓形板狀結構的托盤10；磁控管1發射的微波頻率為2.45ghz；微波電源2的最大輸出功率為5kw；環形器3用于將負載7的反射波送入水負載4，使其不致返回磁控管1，以保護磁控管1；水負載4用于吸收環形器3送入的反射波；四樁調諧器5用于控制加熱腔6使負載7的反射波最小；加熱腔6的材質為不銹鋼；天線陣8用于匯聚微波并使微波順利進入加熱腔6；轉動支架9用于旋轉和支撐托盤10，使托盤10在轉動支架9的帶動下做圓周運動；托盤10用于承載被燒結的物品。
本實施例涉及的凝膠注模成型技術，適合于規模化生產，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聚體，減少燒結過程中復雜形狀部件的變形和開裂，減少最終產品的機加工量，獲得高可靠性的陶瓷材料與部件；制備的胚體密度和強度高、均勻性好，外形尺寸不固定；微波燒結裝置將微波能通過匯聚天線控制在一定空間范圍內，加大加熱范圍并將均勻分布能量，實現陶瓷材料連續化微波燒結，并能夠和常規燒結設備結合使用，微波燒結結合常規燒結能夠彌補常規燒結靠熱傳導加熱的加熱溫度梯度大、材料受熱不均勻、加熱時間長和耗能大的缺點，同時避免了陶瓷材料在低溫時吸收微波能差的問題。