本發(fā)明涉及一種低膨脹性復(fù)合陶瓷模具材料的制備方法，屬于模具材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

模具是現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的重要裝備。目前，模具材料主要是各種模具鋼，其次是硬質(zhì)合金。模具鋼強(qiáng)度雖高，但硬度低，耐磨性能較差，因而模具的使用壽命較低。八十年代以來,硬質(zhì)合金以其良好的力學(xué)性能和耐磨性能在模具材料方面得到了廣泛的應(yīng)用，使得模具壽命大大提高。但是隨著生產(chǎn)的飛速發(fā)展，合金鋼模和硬質(zhì)合金模的高溫強(qiáng)度和耐磨性已經(jīng)落后于實(shí)際生產(chǎn)的需要。新型陶瓷模具材料的研制開發(fā)是當(dāng)前模具研究領(lǐng)域的重要內(nèi)容，陶瓷材料在耐磨損、耐高溫、抗氧化和耐腐蝕等方面具有模具鋼和硬質(zhì)合金無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，是制作模具的優(yōu)良材料，很具有發(fā)展前景，陶瓷材料的價格昂貴，而且用于生產(chǎn)也缺乏經(jīng)驗(yàn)，但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、制造工藝的改進(jìn)以及用量的增加,成本必定會下降，應(yīng)用也將日臻廣泛，所以從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)來看，應(yīng)著手進(jìn)行先進(jìn)陶瓷模具材料的研發(fā)很有必要。

目前結(jié)構(gòu)陶瓷材料的研究很多，但應(yīng)用于模具方面的陶瓷材料大多數(shù)局限于微米復(fù)合陶瓷材料，而納微米復(fù)合陶瓷作為模具材料，目前尚屬于起步研究階段，其強(qiáng)韌化機(jī)理僅通過普通共混進(jìn)行改性。從目前發(fā)展?fàn)顩r來看，納微米復(fù)合陶瓷模具改性過程中熱膨脹系數(shù)較高，導(dǎo)致其使用過程中尺寸不穩(wěn)，力學(xué)性能較差的問題，所以制備一種低膨脹系數(shù)的陶瓷模具很有必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題：針對目前復(fù)合陶瓷模具改性過程中熱膨脹系數(shù)較高，導(dǎo)致其使用過程中尺寸不穩(wěn)，力學(xué)性能較差的問題，提供了一種通過稻草秸稈粉碎，堿浸提取纖維，隨后混合碾磨進(jìn)行填充，通過發(fā)酵形成微孔結(jié)構(gòu)，隨后煅燒制備得多孔碳纖維材料，在使用時，通過內(nèi)部微孔碳纖維形成彈性改變，將其材料內(nèi)應(yīng)力，有效的解決了復(fù)合陶瓷模具改性過程中熱膨脹系數(shù)較高，導(dǎo)致其使用過程中尺寸不穩(wěn)，力學(xué)性能較差的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下所述的技術(shù)方案是：

（1）選取稻草秸稈，將其洗凈并晾干，隨后將其粉碎制備得長為10～15mm的稻草纖維，再按質(zhì)量比1:10，將稻草纖維置于1mol/L氫氧化鈉溶液中，攪拌混合并置于55～60℃下水浴加熱2～3h，隨后停止加熱靜置冷卻至室溫，在室溫下陳化10～12h；

（2）待陳化完成后，過濾并收集濾餅，用去離子水洗滌3～5次后，在65～70℃下干燥6～8h，制備得改性稻草纖維，隨后按重量份數(shù)計(jì)，分別稱量45～60份去離子水、25～30份玉米淀粉和25～30份改性稻草纖維于燒杯中，攪拌混合并密封發(fā)酵3～5天，待發(fā)酵完成后，過濾并收集濾餅，在100～105℃下干燥6～8h，制備得混合改性填料；

（3）按重量份數(shù)計(jì)，分別稱量15～20份上述制備的混合改性填料、15～20份ZrO₂、5～10份TiC和20～25份Al₂O₃置于球磨罐中，球磨3～4h后過篩，制備得100～120目混合粉末；

（4）按質(zhì)量比1:3，將去離子水與上述制備的混合粉末攪拌混合，制備得混合漿料，隨后將混合漿料置于模具中，密封發(fā)酵5～7天后，將模具置于65～80℃下干燥6～8h，隨后脫模收集坯料，將其置于電阻爐中，按10℃/min緩慢升溫至780～950℃，隨后保溫?zé)?～2h，待燒制完成后，靜置冷卻至室溫，隨后碾磨過篩，即可制備得一種低膨脹性復(fù)合陶瓷模具材料。

本發(fā)明制備的復(fù)合陶瓷模具材料力學(xué)性能為抗彎強(qiáng)度可達(dá)810MPa、斷裂韌性8.5MPa·m^1/2、硬度為18.4GPa，膨脹系數(shù)在25～300℃下為8.5，在25～700℃下為9.2。

本發(fā)明與其他方法相比，有益技術(shù)效果是：

（1）本發(fā)明制備的復(fù)合陶瓷模具材料熱膨脹系數(shù)顯著降低，相同溫度下，較同類陶瓷模具材料降低10～15%，且斷裂韌性可達(dá)7.8～9.0MPa·m^1/2；

（2）本發(fā)明制備過程簡單，綠色環(huán)保，對環(huán)境無污染。

具體實(shí)施方式

首先選取稻草秸稈，將其洗凈并晾干，隨后將其粉碎制備得長為10～15mm的稻草纖維，再按質(zhì)量比1:10，將稻草纖維置于1mol/L氫氧化鈉溶液中，攪拌混合并置于55～60℃下水浴加熱2～3h，隨后停止加熱靜置冷卻至室溫，在室溫下陳化10～12h；待陳化完成后，過濾并收集濾餅，用去離子水洗滌3～5次后，在65～70℃下干燥6～8h，制備得改性稻草纖維，隨后按重量份數(shù)計(jì)，分別稱量45～60份去離子水、25～30份玉米淀粉和25～30份改性稻草纖維于燒杯中，攪拌混合并密封發(fā)酵3～5天，待發(fā)酵完成后，過濾并收集濾餅，在100～105℃下干燥6～8h，制備得混合改性填料；按重量份數(shù)計(jì)，分別稱量15～20份上述制備的混合改性填料、15～20份ZrO₂、5～10份TiC和20～25份Al₂O₃置于球磨罐中，球磨3～4h后過篩，制備得100～120目混合粉末；按質(zhì)量比1:3，將去離子水與上述制備的混合粉末攪拌混合，制備得混合漿料，隨后將混合漿料置于模具中，密封發(fā)酵5～7天后，將模具置于65～80℃下干燥6～8h，隨后脫模收集坯料，將其置于電阻爐中，按10℃/min緩慢升溫至780～950℃，隨后保溫?zé)?～2h，待燒制完成后，靜置冷卻至室溫，隨后碾磨過篩，即可制備得一種低膨脹性復(fù)合陶瓷模具材料。

實(shí)例1

首先選取稻草秸稈，將其洗凈并晾干，隨后將其粉碎制備得長為10mm的稻草纖維，再按質(zhì)量比1:10，將稻草纖維置于1mol/L氫氧化鈉溶液中，攪拌混合并置于55℃下水浴加熱2h，隨后停止加熱靜置冷卻至室溫，在室溫下陳化10h；待陳化完成后，過濾并收集濾餅，用去離子水洗滌3次后，在65℃下干燥6h，制備得改性稻草纖維，隨后按重量份數(shù)計(jì)，分別稱量45份去離子水、25份玉米淀粉和25份改性稻草纖維于燒杯中，攪拌混合并密封發(fā)酵3天，待發(fā)酵完成后，過濾并收集濾餅，在100℃下干燥6h，制備得混合改性填料；按重量份數(shù)計(jì)，分別稱量15份上述制備的混合改性填料、15份ZrO₂、5份TiC和20份Al₂O₃置于球磨罐中，球磨3h后過篩，制備得100目混合粉末；按質(zhì)量比1:3，將去離子水與上述制備的混合粉末攪拌混合，制備得混合漿料，隨后將混合漿料置于模具中，密封發(fā)酵5天后，將模具置于65℃下干燥6h，隨后脫模收集坯料，將其置于電阻爐中，按10℃/min緩慢升溫至780℃，隨后保溫?zé)?h，待燒制完成后，靜置冷卻至室溫，隨后碾磨過篩，即可制備得一種低膨脹性復(fù)合陶瓷模具材料。

實(shí)例2

首先選取稻草秸稈，將其洗凈并晾干，隨后將其粉碎制備得長為12mm的稻草纖維，再按質(zhì)量比1:10，將稻草纖維置于1mol/L氫氧化鈉溶液中，攪拌混合并置于57℃下水浴加熱2.5h，隨后停止加熱靜置冷卻至室溫，在室溫下陳化11h；待陳化完成后，過濾并收集濾餅，用去離子水洗滌4次后，在67℃下干燥7h，制備得改性稻草纖維，隨后按重量份數(shù)計(jì)，分別稱量52份去離子水、27份玉米淀粉和27份改性稻草纖維于燒杯中，攪拌混合并密封發(fā)酵4天，待發(fā)酵完成后，過濾并收集濾餅，在102℃下干燥7h，制備得混合改性填料；按重量份數(shù)計(jì)，分別稱量17份上述制備的混合改性填料、17份ZrO₂、7份TiC和22份Al₂O₃置于球磨罐中，球磨3h后過篩，制備得110目混合粉末；按質(zhì)量比1:3，將去離子水與上述制備的混合粉末攪拌混合，制備得混合漿料，隨后將混合漿料置于模具中，密封發(fā)酵6天后，將模具置于67℃下干燥7h，隨后脫模收集坯料，將其置于電阻爐中，按10℃/min緩慢升溫至850℃，隨后保溫?zé)?.5h，待燒制完成后，靜置冷卻至室溫，隨后碾磨過篩，即可制備得一種低膨脹性復(fù)合陶瓷模具材料。

實(shí)例3

首先選取稻草秸稈，將其洗凈并晾干，隨后將其粉碎制備得長為15mm的稻草纖維，再按質(zhì)量比1:10，將稻草纖維置于1mol/L氫氧化鈉溶液中，攪拌混合并置于60℃下水浴加熱3h，隨后停止加熱靜置冷卻至室溫，在室溫下陳化12h；待陳化完成后，過濾并收集濾餅，用去離子水洗滌5次后，在70℃下干燥8h，制備得改性稻草纖維，隨后按重量份數(shù)計(jì)，分別稱量60份去離子水、30份玉米淀粉和30份改性稻草纖維于燒杯中，攪拌混合并密封發(fā)酵5天，待發(fā)酵完成后，過濾并收集濾餅，在105℃下干燥8h，制備得混合改性填料；按重量份數(shù)計(jì)，分別稱量20份上述制備的混合改性填料、20份ZrO₂、10份TiC和25份Al₂O₃置于球磨罐中，球磨4h后過篩，制備得120目混合粉末；按質(zhì)量比1:3，將去離子水與上述制備的混合粉末攪拌混合，制備得混合漿料，隨后將混合漿料置于模具中，密封發(fā)酵7天后，將模具置于80℃下干燥8h，隨后脫模收集坯料，將其置于電阻爐中，按10℃/min緩慢升溫至950℃，隨后保溫?zé)?h，待燒制完成后，靜置冷卻至室溫，隨后碾磨過篩，即可制備得一種低膨脹性復(fù)合陶瓷模具材料。