弹性体衍生陶瓷结构及其用途的制作方法

背景技术：

四维(4d)打印涉及常规3d打印，之后是形变步骤。与可能利用常规3d打印相比，该4d打印使得能够形成更复杂的形状。然而，3d打印的陶瓷前体可能难以变形，从而阻碍了用于陶瓷(包括可结合到磨料制品中的陶瓷)的4d打印的发展。

技术实现要素：

可使用可打印、变形并随后转化为碳氧化物基质纳米复合材料(nc)的弹性体基质nc来解决此类问题，从而使得复合陶瓷折纸结构和4d打印陶瓷结构的生长成为可能。此外，打印的陶瓷前体是可变形的(例如，可拉伸超过其初始长度的三倍)。分层弹性体衍生陶瓷(edc)可用跨越三个数量级(200μm至10cm)的可编程架构来实现。这些架构可结合到本文所述的磨料制品中。

附图说明

附图通常以举例的方式示出，但不受限于本文档中讨论的各种实施方案。

图1为示出根据一个实施方案的形成初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者的一部分的方法的透视图。

图2包括初级聚合物陶瓷前体的透视图。

图3a和图3b为根据一个实施方案的形成初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者的一部分的方法的流程图。

图3c至图3e包括可经由本文所述的方法获得的4d陶瓷前体和4d陶瓷的各种形状的透视图。

图3f为可经由本文所述的方法获得的4d陶瓷前体和4d陶瓷的各种形状的x轴应变和y轴应变的曲线图以及透视图。

图3g为可经由本文所述的方法获得的4d陶瓷前体和4d陶瓷的各种形状的透视图。

图4包括根据一个实施方案的经涂覆的磨料制品的一部分的剖视图。

应当理解，本领域的技术人员可以设计出许多落入本公开原理的范围内及符合本公开原理的实质的其它修改形式和示例。这些图可不按比例绘制。

在各附图中，类似参考标号指示类似元件。一些元件可能以相同或相等的倍数存在；在这种情况下，可能仅通过参考标号来指定一个或多个代表性元件，但应当理解，此类参考标号适用于所有此类相同的元件。除非另外指明，否则本文件中的所有图示和附图均未按比例绘制，并且被选择用于示出本发明的不同实施方案的目的。具体地，除非另外指明，否则仅用示例性术语描述各种部件的尺寸，并且不应当从附图推断各种部件的尺寸之间的关系。尽管本公开中可使用诸如“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“下方”、“上方”、“正面”、“背面”、“向上”和“向下”以及“第一”和“第二”的术语，但应当理解，除非另外指出，否则这些术语仅以它们的相对意义使用。

具体实施方式

以下内容整体涉及利用叠加制造过程形成4d打印陶瓷结构的方法以及包括该4d打印陶瓷结构的磨料制品。陶瓷结构可用于多种行业，包括但不限于汽车、医疗、建筑、铸造、航空等。此类陶瓷结构可用作游离陶瓷或结合到固结磨料制品中，这些固结磨料制品包括例如经涂覆的磨料制品、粘结磨料制品、非织造磨料制品等。可为本文所述的陶瓷设想各种其它用途。

因此，本公开涉及一种磨料制品，该磨料制品包括多个4d陶瓷结构，其中4d陶瓷结构通过顺序地包括以下步骤的方法制成：

从第二应变初级聚合物陶瓷前体中至少部分地去除应变，以得到包括聚合物基材的4d陶瓷前体，该第二应变初级聚合物陶瓷前体包括聚合物基材和分散在其中的陶瓷前体颗粒；以及

从包括聚合物基材的4d陶瓷前体热解去除(例如，部分地或基本上全部)聚合物基材，以提供4d陶瓷结构。

本公开还涉及一种磨料制品，该磨料制品包括多个4d陶瓷结构，其中4d陶瓷结构通过顺序地包括以下步骤的方法制成：

提供初级聚合物陶瓷前体，该初级聚合物陶瓷前体包括聚合物基材和分散在其中的陶瓷前体颗粒，该初级聚合物陶瓷前体包括第一部分和第二部分；

使初级聚合物陶瓷前体发生应变，以得到包括聚合物基材的第一应变初级聚合物陶瓷前体；

在第一应变初级聚合物陶瓷前体上叠加制造至少一个第三部分，以得到包括聚合物基材的第二应变初级聚合物陶瓷前体；

从第二应变初级聚合物陶瓷前体中至少部分地去除应变，以得到包括聚合物基材的4d陶瓷前体；以及

从4d陶瓷前体热解去除聚合物基材，以提供4d陶瓷结构。

如本文所用，“叠加制造过程”和“叠加制造”包括这样的过程，其中初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者可通过将多个部分以相对于彼此的特定取向汇集在一起，使得当汇集该多个部分时，离散部分中的每个离散部分可限定初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者的至少一部分而形成。此外，在特定情况下，叠加制造过程可为无模板过程，其中材料被操纵以形成离散部分，并且最终初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者不必放置在模板(例如，模具)内。相反，被操纵的材料可沉积在离散部分中，其中这些离散部分中的每个离散部分具有受控尺寸，使得当汇集该多个离散部分时，初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者也具有受控尺寸。因此，与典型的模制操作不同，本文实施方案的叠加制造过程可不必结合模板，该模板被构造成包含被操纵以形成初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者的材料。

在特定情况下，用于形成初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者的叠加制造过程可为原型打印过程。在更特定的情况下，形成初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者的过程可包括原型打印/叠加制造初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者的一个或多个部分，其中初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者包括初级聚合物陶瓷前体。在其它情况下，叠加制造过程可包括或被认为是层压实体制造过程。在层压实体制造过程中，单个层可离散地形成并接合在一起，以形成初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者。

初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者可为混合物并且可具有特定含量的无机材料，该特定含量的无机材料可为固体粉末材料或颗粒，诸如包括陶瓷前体颗粒的陶瓷粉末材料。陶瓷前体颗粒可具有任何合适的尺寸。例如，陶瓷前体颗粒可为陶瓷前体纳米颗粒。“纳米颗粒”通常是指包括基本上球形的任何合适形态的纳米材料。但纳米颗粒也可具有不规则或基本上无定形形状。在包括多个纳米颗粒的一些示例中，大部分单个纳米颗粒可为基本上球形的。例如，大约80％至约100％的纳米颗粒可具有基本上球形形态。

单个纳米颗粒的粒度在约20nm至约200nm、约40nm至约60nm的范围内，或者小于、等于或大于约20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm或约200nm，诸如直径从约或小于约1nm至约或大于约250nm。

单个纳米颗粒的“粒度”是指纳米颗粒的最大尺寸。例如，纳米颗粒的最大尺寸可指纳米颗粒的直径、宽度或高度。在包括多个纳米颗粒的一些示例中，第一纳米颗粒的最大尺寸的粒度可与第二纳米颗粒的最大尺寸的粒度不同。

打印材料(例如，构成初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者的材料)可包括混合物，该混合物包括无机材料，该无机材料具有有利于通过叠加制造过程形成初级聚合物陶瓷前体的合适的流变性质。例如，对于混合物的总重量，初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者的固体含量可为至少约25重量％，诸如至少约35重量％、至少约36重量％或甚至至少约38重量％。另外，在至少一个非限制性示例中，初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者的固体含量可不大于约75重量％，诸如不大于约70重量％、不大于约65重量％、不大于约55重量％、不大于约45重量％、不大于约44重量％或不大于约42重量％。应当理解，初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者中固体材料的含量可在上述任何最小百分比和最大百分比之间的范围内，包括例如在至少约25重量％且不大于约70重量％、至少约35重量％且不大于约55重量％或甚至至少约36重量％且不大于约45重量％的范围内。

陶瓷粉末材料可包括氧化物颗粒、氮化物颗粒、碳化物颗粒、硼化物颗粒、碳氧化物颗粒、氮氧化物颗粒以及它们的组合物。在特定情况下，陶瓷材料可包括氧化铝或氧化锆。更具体地，陶瓷材料可包括可为α氧化铝的前体的勃姆石材料。术语“勃姆石”在本文中通常用于表示包括矿物勃姆石的氧化铝水合物，其通常为αl2o3·η2o并且具有大约15％的水含量；以及假勃姆石，其具有高于15重量％，诸如20重量％-38重量％的水含量。需注意，勃姆石(包括假勃姆石)具有特定且可识别的晶体结构，并且因此具有独特的x射线衍射图。因此，勃姆石有别于包含其它水合氧化铝诸如ath(氢氧化铝)的其它铝质材料，其为在本文用于制造勃姆石颗粒材料的常见前体材料。

此外，初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者可呈混合物的形式，该混合物包括一定含量的液体材料，该一定含量的液体材料包括弹性体材料，该弹性体材料形成无机材料可分散于其中、可固化(例如，通过自由基固化、金属催化固化、湿固化和光化学固化)或至少b阶段化(例如，通过加热以去除溶剂，诸如有机溶剂)的聚合物基材。并且如果初级聚合物陶瓷前体被b阶段化，则其随后可被固化。在一些情况下，液体完全由弹性体材料制成。但在一些情况下，液体材料可包括另一种液体(例如，有机溶剂)，该另一种液体可用于除其它之外调节液体材料的流变特性(例如，粘度)，以便有利于通过叠加制造过程形成初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者。合适的弹性体材料包括聚硅氧烷(例如，pdms)、苯乙烯嵌段共聚物、聚烯烃弹性体、聚氨酯、共聚酯、聚酰胺以及它们的混合物。

为了有利于加工和形成根据本文实施方案的初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者，初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者可具有特定储能模量。例如，初级聚合物陶瓷前体的储能模量可为至少约1×10⁴pa，诸如至少约4×10⁴pa或甚至至少约5×10⁴pa。然而，在至少一个非限制性实施方案中，初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者的储能模量可不大于约1×10⁷pa，诸如不大于约2×10⁶pa。应当理解，初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者的储能模量可在上述任何最小值和最大值之间的范围内。储能模量可经由本领域已知的任何合适的方法测量，包括使用ares或ar-g2旋转流变仪的平行板系统，以及帕尔贴(peltier)板温度控制系统。

初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者可形成为具有特定粘度。例如，形成初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者的混合物的粘度可为至少约4×10³pas，诸如至少约5×10³pas、至少约6×10³pas、至少约7×10³pas、至少约7.5×10³pas。在另一个非限制性实施方案中，混合物的粘度可不大于约20×10³pas，诸如不大于约18×10³pas、不大于约15×10³pas、不大于约12×10³pas。另外，应当理解，混合物的粘度可在包括本文所述的任何最小值和最大值的范围内，包括但不限于至少约4×10³pas且不大于约20×10³pas，诸如至少约5×10³pas且不大于约18×10³pas、至少约6×10³pas且不大于约15×10³pas。粘度可以与如本文所述的储能模量相同的方式测量。

此外，初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者可形成为具有特定含量的有机材料，包括例如可与液体不同的有机添加剂，以有利于加工和形成根据本文实施方案的初级聚合物陶瓷前体。一些合适的有机添加剂可包括稳定剂、粘结剂、可uv固化树脂等以及它们的组合物。

图1a包括经由叠加制造过程形成初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者的过程的透视图。如图所示，叠加制造过程可利用沉积组件151，该沉积组件被构造成在至少x方向、y方向和z方向上具有多轴移动以用于打印材料122的受控沉积。在特定情况下，沉积组件151可具有被构造成提供打印材料122到特定位置的受控递送的沉积头部153。值得注意的是，沉积组件151可在第一时间处提供打印材料作为第一部分的受控沉积，并且在第二时间处提供第二打印材料作为与第一部分不同的第二部分的沉积。这种过程可有利于离散部分的受控沉积，使得离散部分相对于彼此沉积在精确位置，并且可有利于形成具有合适形状和尺寸的初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者。

在特定情况下，沉积组件151可被构造成沉积第一组合物102作为第一部分101。第一组合物102可包括固体、溶液、混合物、液体、浆液、凝胶、粘结剂以及它们的组合物。例如，第一组合物102可包含溶胶凝胶材料。

第一部分101可限定初级聚合物陶瓷前体的主体的总体积的一部分。在特定情况下，第一部分101可具有第一部分长度(lfp)、第一部分宽度(wfp)和第一部分厚度(tfp)。根据一个实施方案，lfp可大于或等于wfp，lfp可大于或等于tfp，并且wfp可大于或等于tfp。在特定情况下，第一部分的长度可限定第一部分101的最大尺寸，并且第一部分101的宽度可限定在大致垂直于长度(lfp)的方向上延伸的尺寸并且可限定第一部分101的第二最大尺寸。此外，在一些实施方案中，第一部分101的厚度(tfp)可限定第一部分101的最小尺寸，并且可限定在垂直于长度(lfp)和宽度(wfp)中的任一者或两者的方向上延伸的尺寸。然而，应当理解，第一部分101可具有如本文将进一步限定的各种形状。

根据一个实施方案，第一部分101可具有主长径比(lfp:wfp)，以有利于合适地形成初级聚合物陶瓷前体。例如，第一部分101可具有至少约1:1的主长径比(lfp:wfp)。在其它实施方案中，第一部分101的主长径比可为约2:1，诸如至少约3:1、至少约5:1或甚至至少约10:1。另外，在一个非限制性实施方案中，第一部分101的主长径比可不大于约1000:1。

初级聚合物陶瓷前体的第一部分101可具有任何合适的尺寸。第一部分101的前述尺寸(例如，lfp、wfp、tfp)中的任一者的平均尺寸可不大于约2mm。在其它情况下，第一部分长度(lfp)、第一部分宽度(wfp)或第一部分厚度(tfp)中的任一者的平均尺寸所具有的平均尺寸可不大于约1mm，诸如不大于约900微米、不大于约800微米、不大于约700微米、不大于约600微米、不大于约500微米、不大于约400微米、不大于约300微米、不大于约200微米、不大于约150微米、不大于约140微米、不大于约130微米、不大于约120微米、不大于约110微米、不大于约100微米、不大于约90微米、不大于约80微米、不大于约70微米、不大于约60微米或甚至不大于约50微米。另外，在另一个非限制性实施方案中，第一部分长度(lfp)、第一部分宽度(wfp)或第一部分厚度(tfp)中的任一者的平均尺寸可为至少约0.01微米，诸如至少约0.1微米或甚至至少约1微米。应当理解，第一部分长度、第一部分宽度或第一部分厚度中的任一者的平均尺寸可在上述任何最小值和最大值之间的范围内。

在另一个实施方案中，第一部分101可被沉积成具有特定横截面形状。具有特定横截面形状的第一部分101的沉积可有利于形成具有特定期望横截面形状、三维形状和四维形状的初级聚合物陶瓷前体。根据一个实施方案，第一部分101可具有基本上任何设想的横截面形状。更具体地，第一部分101可在由第一部分长度(lfp)和第一部分宽度(wfp)限定的平面中具有横截面形状，诸如三角形、四边形、矩形、梯形、五边形、六边形、七边形、八边形、椭圆形、不规则形状的轮廓以及它们的任何组合。此外，第一部分101可形成为在由第一部分长度(lfp)和第一部分厚度(tfp)限定的平面中具有特定横截面形状。此类横截面形状可包括选自以下的形状：三角形、四边形、矩形、梯形、五边形、六边形、七边形、八边形、椭圆形、不规则形状的轮廓以及它们的任何组合。

如图1a进一步所示，根据叠加制造过程形成初级聚合物陶瓷前体的过程还可包括第二部分110的受控沉积，该第二部分包括第二组合物112。在一个实施方案中，第二组合物112可包括固体、溶液、混合物、液体、浆液、凝胶、粘结剂以及它们的组合物。在特定实施方案中，第二组合物112可与第一组合物相同或不同。例如，第二组合物112可包含如上所述的溶胶凝胶材料。沉积组件151可将第二部分110沉积在任何合适的位置，包括相对于第一部分101的特定位置。例如，如图1a所示，第二部分110可沉积在邻接第一部分101的至少一部分的位置。沉积组件151的此类受控多轴移动可有利于包括例如第一部分101和第二部分110的离散部分的精确沉积以及多个部分(和子部分)相对于彼此的受控且精确沉积两者，从而有利于多个部分的汇集以形成初级聚合物陶瓷前体。

如图所示，沉积组件151可被构造成沉积第二组合物112作为初级聚合物陶瓷前体的第二部分110。具体地，第二部分110可限定初级聚合物陶瓷前体的总体积的一部分。在特定情况下，第二部分110可具有第二部分长度(lsp)、第二部分宽度(wsp)和第二部分厚度(tsp)。值得注意的是，根据一个方面，lsp可大于或等于wsp，lsp可大于或等于tsp，并且wsp可大于或等于tsp。在特定情况下，根据一个实施方案，第二部分110的长度(lsp)可限定第二部分110的最大尺寸，并且第二部分110的宽度(wsp)可限定在大致垂直于长度(lsp)的方向上延伸的尺寸并且可限定第二最大尺寸。最后，在一些实施方案中，第二部分110的厚度(tsp)可大致限定第二部分110的最小尺寸，并且可限定在垂直于长度(lsp)和宽度(wsp)中的任一者或两者的方向上延伸的尺寸。然而，应当理解，第二部分110可具有如本文将进一步限定的各种形状。

根据一个实施方案，第二部分110可具有主长径比(lsp:wsp)，该主长径比可有利于形成具有合适的形状和尺寸的初级聚合物陶瓷前体。例如，第二部分110可具有至少约1:1的主长径比(lsp:wsp)。在其它实施方案中，第二部分110的主长径比可为约2:1，诸如至少约3:1、至少约5:1或甚至至少约10:1。另外，在一个非限制性实施方案中，第二部分110的主长径比可不大于约1000:1。

初级聚合物陶瓷前体的第二部分110可具有任何合适的尺寸。第二部分110的前述尺寸(例如，lsp、wsp、tsp)中的任一者的平均尺寸可不大于约2mm。在其它情况下，第二部分长度(lsp)、第二部分宽度(wsp)或第二部分厚度(tsp)中的任一者的平均尺寸所具有的平均尺寸可不大于约1mm，诸如不大于约900微米、不大于约800微米、不大于约700微米、不大于约600微米、不大于约500微米、不大于约400微米、不大于约300微米、不大于约200微米、不大于约150微米、不大于约140微米、不大于约130微米、不大于约120微米、不大于约110微米、不大于约100微米、不大于约90微米、不大于约80微米、不大于约70微米、不大于约60微米或甚至不大于约50微米。另外，在另一个非限制性实施方案中，第二部分长度(lsp)、第二部分宽度(wsp)或第二部分厚度(tsp)中的任一者的平均尺寸可为至少约0.01微米，诸如至少约0.1微米或甚至至少约1微米。应当理解，第二部分长度、第二部分宽度或第二部分厚度中的任一者的平均尺寸可在上述任何最小值和最大值之间的范围内。

在另一个实施方案中，第二部分110可被沉积成具有特定横截面形状。具有特定横截面形状的第二部分110的沉积可有利于形成具有特定期望横截面形状和三维形状的初级聚合物陶瓷前体。根据一个实施方案，第二部分110可具有基本上任何设想的横截面形状。更具体地，第二部分110可在由第二部分长度(lsp)和第二部分宽度(wsp)限定的平面中具有横截面形状，该横截面形状可被俯视观察，其中该形状选自三角形、四边形、矩形、梯形、五边形、六边形、七边形、八边形、椭圆形、复杂多边形形状、不规则形状的轮廓以及它们的任何组合。此外，第二部分110可形成为在由第二部分长度(lsp)和第二部分厚度(tsp)限定的平面中具有特定横截面形状，该特定横截面形状在侧视图中可为明显的。此类横截面形状可包括选自以下的形状：三角形、四边形、矩形、梯形、五边形、六边形、七边形、八边形、椭圆形、复杂多边形形状、不规则形状的轮廓以及它们的任何组合。

在一些情况下，第一部分101和第二部分110可如图2所示以基本上正交的方式沉积，以得到初级聚合物陶瓷前体200，其在这种情况下基本上呈晶格的形式。但应当理解，第二部分110可相对于第一部分以大于90°或小于90°的角度沉积。在此示例中，第一部分101的横截面形状为圆形，并且与第二部分110的横截面形状相同。但如本文所解释，第一部分101的横截面形状可与第二部分110的横截面形状不同。

如图3a进一步所示，根据叠加制造过程形成初级聚合物陶瓷前体的过程还可包括：使图2所示的包括聚合物基材的初级聚合物陶瓷前体发生应变(例如，通过弯曲、扭曲以及拉伸中的至少一种而变形)，以得到第一应变初级聚合物陶瓷前体300，其中应变可为纵向应变，诸如通过在一个或多个方向上拉伸。在图3a中，初级聚合物陶瓷前体200已通过如由相反箭头302所示沿着x轴在单一方向上拉伸而发生应变，以形成第一应变初级聚合物陶瓷前体300。但初级聚合物陶瓷前体200可同时沿着x轴和沿着y轴发生应变，但是每个方向轴上的应变不必相同。实际上，x轴上的应变可与y轴上的应变不同。但在一些情况下，x轴上的应变与y轴上的应变基本上相同。

如图3a进一步所示，叠加制造过程还可包括：使第三部分306受控沉积在第一应变初级聚合物陶瓷前体300上，以得到第二应变初级聚合物陶瓷前体300a，该第二应变初级聚合物陶瓷前体包括可变成折点308的特征结构和用作第三部分306的锚定点的第四部分304，该第三部分306仅在第四部分304处附接到第一部分101和第二部分110中的至少一者。在此示例中，第三部分306以与第一部分101基本上正交的方式沉积。但应当理解，第三部分306可相对于第一部分以大于90°或小于90°的角度沉积。应当理解，为了相对于第一部分存在大于或小于90°的角度，锚定点将与第一部分101同轴移动以相对于第一部分101形成角度。

如图3a进一步所示，叠加制造过程还可包括：使第二应变初级聚合物陶瓷前体300a至少部分地发生去应变，以得到至少部分地去应变的第二初级聚合物陶瓷前体310，其在本文中也称为4d陶瓷前体，该至少部分地去应变的第二初级聚合物陶瓷前体包括至少一个三维特征结构，诸如在沿着x轴释放应变时由第三部分306形成的三维特征结构。

如图3b进一步所示，根据叠加制造过程形成初级聚合物陶瓷前体的过程还可包括：使图2所示的包括聚合物基材的初级聚合物陶瓷前体发生应变(例如，通过弯曲、扭曲以及拉伸中的至少一种而变形)，以得到第一应变初级聚合物陶瓷前体300，其中应变可为纵向应变，诸如通过在一个或多个方向上拉伸。在图3a中，初级聚合物陶瓷前体200已通过如由相反箭头302所示沿着x轴在单一方向上拉伸而发生应变，以形成第一应变初级聚合物陶瓷前体300。但初级聚合物陶瓷前体200可同时沿着x轴和沿着y轴发生应变，但是每个方向轴上的应变不必相同。实际上，x轴上的应变可与y轴上的应变不同。但在一些情况下，x轴上的应变与y轴上的应变基本上相同。

如图3b进一步所示，叠加制造过程还可包括：在第一应变初级聚合物陶瓷前体300上受控沉积至少一个第三部分306，以得到第二初级聚合物陶瓷前体300a。

如图3b进一步所示，叠加制造过程还可包括：使第二初级聚合物陶瓷前体300a至少部分地发生去应变，以得到至少部分地去应变的弯曲初级聚合物陶瓷前体320，其在本文中也称为4d陶瓷前体。

至少部分地去应变可致使4d陶瓷前体具有四维形状，诸如例如4d陶瓷前体320，其中可编程自成形可通过释放例如应变的第一初级聚合物陶瓷前体300和应变的第二初级聚合物陶瓷前体300a中所储存的弹性能量来实现。可使用本文所述的方法实现的其它4d形状作为去应变的结果包括带状设计、鞍形设计、锯齿形设计、山-谷形设计和三浦折叠设计。参见图3c-图3e以及科学进展第4卷：第eaat0641页，2018年(sci.adv.4:eaat0641(2018)(doi:10.1126/sciadv.aat0641))，其以引用方式并入，如同本文进行了充分阐述。可例如通过本文所述的叠加制造过程获得三浦折叠设计，如图3f所示。通过在图3f中描绘的初级聚合物陶瓷前体处开始，在(0,0)点附近，可通过使应变沿着x轴和y轴变化来获得图3f所示的各种形状。图3g示出了可如何使用本文所述的方法来获得其它4d形状，其中多个第三部分306如图所示放置在第一应变初级聚合物陶瓷前体300上，其中第三部分中的每个部分与相邻第三部分306隔开距离“d”。图3g中提供的示例，具体地中间图案，是第三部分306相对于第一部分以大于90°或小于90°的角度沉积的示例。

本文所述的第三部分和第四部分分别包括第三组合物和第四组合物。第三组合物和第四组合物可具有与第一组合物102和第二组合物112中的至少一者相同或不同的组成和尺寸，包括长径比。

第一组合物102可具有第一组成并且第二组合物112可具有第二组成。在一些情况下，第一组合物可与第二组合物基本上相同。例如，第一组合物和第二组合物可相对于彼此基本上相同，使得仅以少量(例如，诸如小于约0.1)存在的杂质材料的含量可构成第一组合物和第二组合物之间的差异。另选地，在另一个实施方案中，就此而言，第一组合物和第二组合物以及第三组合物和第四组合物可相对于彼此显著地不同。

在至少一个实施方案中，第一组合物、第二组合物、第三组合物和第四组合物可包含材料诸如有机材料、无机材料以及它们的组合物。更具体地，第一组合物、第二组合物、第三组合物和第四组合物可包含陶瓷、玻璃、金属、聚合物或它们的任何组合物。在至少一个实施方案中，第一组合物、第二组合物、第三组合物和第四组合物可包含材料诸如氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、碳氧化物、氮氧化物、硼氧化物以及它们的任何组合物。值得注意的是，在一个实施方案中，第一组合物、第二组合物、第三组合物和第四组合物可包含氧化铝或氧化锆。更具体地，第一组合物、第二组合物、第三组合物和第四组合物可包含氧化铝基材料，诸如水合氧化铝材料，包括例如勃姆石。

可进行沉积第一组合物、第二组合物、第三组合物和第四组合物的过程，使得第一组合物在第一时间处沉积，并且第二组合物在第二时间处沉积，并且第一时间和第二时间以不同的时间间隔离散。在此类实施方案中，沉积过程可为间歇过程，其中沉积过程包括在离散持续时间期间形成离散部分。在间歇过程中，在第一部分的形成和第二部分的形成之间经过至少一部分时间，其中可不存在材料的沉积。

在经由叠加制造过程形成初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者的另一方面，该过程可根据数字模型进行。数字模型可包括测量前体的至少一部分并将其与数字模型的对应尺寸进行比较。可在形成过程期间或在形成过程完成之后对初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者的一部分或整个部分进行比较过程。应当理解，供应数字模型可有利于对由沉积组件151进行的沉积过程的控制。

在特定情况下，根据数字模型形成初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者的过程还可包括形成数字模型的多个数字横截面。多个数字横截面的形成可有利于例如对结构的一个或多个部分的受控沉积。例如，在一种情况下，该过程可包括：在第一时间处沉积初级聚合物陶瓷前体的第一部分，其中第一部分对应于数字模型的多个横截面中的第一横截面。此外，该过程可包括：在与第一时间不同的第二时间处沉积初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者的与第一部分不同的第二部分。第二部分可对应于数字模型的多个横截面中的第二横截面。因此，应当理解，多个数字横截面可为用于沉积多个离散部分的导向部，其中单一数字横截面可有利于沉积离散的第一部分，并且第二数字横截面可有利于沉积第二离散部分。这些部分中的每个部分可被沉积，并且当沉积组件151沉积并形成这些部分中的每个部分时，可测量这些部分的尺寸并将其与数字模型进行比较。更具体地，沉积组件151可适于基于沉积部分与对应数字模型部分的尺寸的比较更改沉积过程。

还应当理解，叠加制造过程可包括汇集离散部分(包括例如第一部分101和第二部分110)以形成子区段171的过程。此外，该过程可包括：汇集多个子区段，以形成初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者。

根据本文实施方案的叠加制造过程还可用于形成初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的多个至少一者，该多个至少一者继而可被结合到本文所述的磨料制品中。

叠加制造过程形成初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者，该至少一者可为可经历进一步加工以形成4d陶瓷结构的生坯或未成品主体。此类进一步加工可包括但不限于干燥、加热、挥发、烧结、固化、煅烧以及它们的组合。

干燥可包括去除特定含量的材料，包括挥发物诸如水或有机溶剂。根据一个实施方案，干燥过程可在不大于约300℃，诸如不大于约280℃或甚至不大于约250℃的干燥温度下进行。另外，在一个非限制性实施方案中，干燥过程可在至少约50℃的干燥温度下进行。应当理解，干燥温度可在上述任何最小温度和最大温度之间的范围内。此外，干燥过程可进行特定持续时间。例如，干燥过程可进行不大于约六小时。

使初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者形成为4d陶瓷结构的过程还可包括烧结过程。初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者的烧结可用于使通常处于生坯状态的制品致密化。在特定情况下，烧结过程可有利于形成陶瓷材料的高温相。例如，在一个实施方案中，可烧结前体初级聚合物陶瓷前体，使得形成材料的高温相，包括例如α氧化铝。

将初级聚合物陶瓷前体、第一应变初级聚合物陶瓷前体、第二应变初级聚合物陶瓷前体和4d陶瓷前体中的至少一者形成为4d陶瓷结构的过程还可包括这样的过程，其中通过在如下温度下加热4d陶瓷前体以提供4d陶瓷结构来热解去除聚合物基材：至少约600℃、至少约700℃、至少约800℃、至少约900℃、至少约1000℃；约600℃至约2000℃、约800℃至约1500℃、约900℃至约1200℃或约800℃至约1100℃。应当理解，聚合物基材的热解去除可在介于上述任何最小温度和最大温度之间的范围内的温度下执行。此外，聚合物基材的热解去除可进行特定持续时间。例如，聚合物基材的热解去除可进行不大于约六小时。此外，如图3a和图3b中的流程图所示，聚合物基材的热解去除可在惰性气氛(例如，氩气气氛)下或在真空下进行。随后可在空气中加热所得(初级)4d陶瓷结构，以得到具有附加物理特性(包括与初级4d陶瓷结构不同的颜色)的次级4d陶瓷结构。

根据另一方面，还可实现形成固结磨料制品的方法，该固结磨料制品包括通过本文所述的叠加制造过程形成的4d陶瓷结构。固结磨料制品可包括粘结磨料制品、经涂覆的磨料制品等，并且可包括砂瓦。还应当理解，基材可包括例如背衬。在至少一个实施方案中，可进行形成过程，使得多个4d陶瓷结构沉积在例如底胶层前体上，直接覆盖基材(例如，背衬)。底胶层前体随后可至少部分地固化以形成底胶层。另选地，陶瓷可与无机材料、玻璃质材料、结晶材料、有机材料、树脂材料、金属材料、金属合金以及它们的组合物进行组合，以制成粘结磨料制品。粘结层可为连续层或材料，或者可为具有由间隙隔开的离散粘结区域的不连续材料层，其中基本上不存在粘结材料。

此外，应当理解，形成固结磨料制品的这种过程还可包括使多个陶瓷的4d陶瓷结构中的每个结构相对于彼此以及相对于基材204取向(例如，竖直取向、旋转取向、平坦取向或侧面取向)。

简要地转到图4，示出了包括相对于基材处于特定取向的4d陶瓷结构的经涂覆的磨料制品。例如，经涂覆的磨料制品400可包括基材401(例如，背衬)和覆盖基材401的表面的至少一个粘合剂层。粘合剂层可包括可分别由至少部分地固化底胶层前体和复胶层前体得到的底胶层403和/或复胶层404。经涂覆的磨料400可包括磨料颗粒材料410，该磨料颗粒材料可包括本文的实施方案的4d陶瓷结构405，以及任选地呈具有随机形状的稀释磨料颗粒形式的第二类型的磨料颗粒材料407，该第二类型的磨料颗粒材料未必可为初级聚合物陶瓷前体。底胶层403可覆盖基材401的表面并且围绕4d陶瓷结构405和第二类型的磨料颗粒材料407的至少一部分。复胶层404可覆盖并粘结到4d陶瓷结构405和第二类型的磨料颗粒材料407以及底胶层403。

在一些实施方案中，固结磨料制品的基材还可包含一种或多种合适的添加剂。例如，基材可包含添加剂，该添加剂选自催化剂、偶联剂、固化剂、抗静电剂、悬浮剂、抗填充剂、润滑剂、润湿剂、染料、填料、粘度调节剂、分散剂、消泡剂和研磨剂。

粘合剂层可包括底胶层。聚合物制剂可用于形成磨料制品的多个层中的任一层，诸如例如预胶层、底胶层、复胶层和/或顶胶层，这些层可施加/设置在复胶层的至少一部分上方。聚合物制剂可包括聚合物树脂、原纤化纤维(例如，呈纸浆形式)、填充材料和其它任选的添加剂。合适的制剂包括材料诸如酚醛树脂、硅灰石填料、消泡剂、表面活性剂、原纤化纤维和均衡的水。合适的聚合物树脂材料包括选自可热固化树脂的可固化树脂，这些可热固化树脂包括酚醛树脂、脲/甲醛树脂、酚醛树脂/乳胶树脂以及此类树脂的组合物。其它合适的聚合物树脂材料也可包括可辐射固化树脂，诸如可使用电子束、uv辐射或可见光固化的那些树脂，诸如环氧树脂、丙烯酸酯化环氧树脂的丙烯酸酯化低聚物、聚酯树脂、丙烯酸酯化氨基甲酸酯和聚酯丙烯酸酯以及包括单丙烯酸酯化单体、多丙烯酸酯化单体的丙烯酸酯化单体。制剂还可包括非反应性热塑性树脂粘结剂，该非反应性热塑性树脂粘结剂可通过增强可侵蚀性来增强沉积的磨料复合物的自锐性质。此类热塑性树脂的示例包括聚丙二醇、聚乙二醇和聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物等。

粘合剂层还可包括复胶层。复胶层可覆盖本文所述的多个4d陶瓷结构的至少一部分以及任何第二类型的磨料颗粒材料和底胶层。与底胶层类似，复胶层可包含多种合适的材料，包括例如有机材料、聚合物材料或选自以下的材料：聚酯、环氧树脂、聚氨酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚硅氧烷、有机硅、乙酸纤维素、硝化纤维、天然橡胶、淀粉、紫胶以及它们的组合物。

本文已详细描述了经涂覆的磨料制品，但应当理解，实施方案的4d陶瓷结构可在粘结磨料制品中采用。粘结磨料制品可采取各种形状，包括轮、盘、杯、瓦等，其通常由具有包含在三维粘结基体内的磨粒的复合物组成。另外，粘结磨料工具可包括一定体积百分比的孔隙率。

粘结磨料制品的示例包括磨头、切断轮、切割砂轮、中心下凹砂轮、中心下凹切断轮、卷盘砂轮、磨头、工具砂轮、轧辊砂轮、热压砂轮、面砂轮、导轨砂轮、磨锥、磨削塞、杯形砂轮、齿轮砂轮、无心砂轮、圆柱砂轮、内径砂轮、外径砂轮或双盘砂轮。

用作粘结材料的一些合适材料可包括金属材料、聚合物材料(例如，树脂)、玻璃质或无定形相材料、结晶相材料以及它们的组合物。

粘结磨料制品通常由初始混合物形成，该初始混合物包括粘结材料或粘结材料的前体、磨料颗粒(例如，初级聚合物陶瓷前体、稀释剂颗粒、不同类型的磨料颗粒的组合物等)和填料(例如，活性填料、助磨剂、成孔剂、混合助剂、增强剂等)。可使用各种技术(包括但不限于模制、压制、挤出、沉积、浇铸、浸润以及它们的组合)将混合物形成为生坯(即，未成品主体)。生坯可经历进一步加工以有助于形成最终形成的粘结磨料主体。加工可取决于混合物的组成，但可包括诸如干燥、固化、辐射、加热、结晶、重结晶、烧结、压制、分解、溶解以及它们的组合的过程。

最终形成的粘结磨料制品可具有各种含量的组分(例如，磨料颗粒、粘结材料、填料和孔隙率)，这取决于预期的最终用途。例如，在某些情况下，最终形成的粘结磨料制品可具有粘结磨料制品的总体积的至少约5体积％的孔隙率。在其它实施方案中，孔隙率可更大，诸如大约至少约15体积％、至少25体积％、至少约25体积％、至少约50体积％或甚至至少约60体积％。特定实施方案可利用粘结磨料制品的总体积的介于约5体积％和约75体积％之间的孔隙率范围。

此外，对于粘结磨料主体的总体积，最终形成的粘结磨料可具有至少约10体积％的粘结材料含量。在其它情况下，对于粘结磨料制品的主体的总体积，主体可包括至少约30体积％，诸如至少约40体积％、至少约50体积％或甚至至少约60体积％的粘结材料。某些实施方案可利用粘结磨料制品的总体积的介于约10体积％和约90体积％之间，诸如介于约10体积％和约80体积％之间或甚至介于约20体积％和约70体积％之间的粘结材料的范围。

对于粘结磨料主体的总体积，最终形成的粘结磨料可具有至少约10体积％的磨料颗粒含量。在其它情况下，对于粘结磨料制品的主体的总体积，主体可包括至少约30体积％，诸如至少约40体积％、至少约50体积％或甚至至少约60体积％的磨料颗粒。在其它示例中，磨料制品可利用粘结磨料制品的总体积的介于约10体积％和约90体积％之间，诸如介于约10体积％和约80体积％之间或甚至介于约20体积％和约70体积％之间的磨料颗粒的范围。

本公开还设想了包括磨料颗粒的非织造磨料制品，该磨料制品包括设置在磨料颗粒的外表面的至少一部分上的微粒层，其中微粒层包含分散在粘结剂中的微粒。

简而言之，图5为非织造磨料制品1210的透视图。图6为沿着剖面线12-12截取的图5的非织造磨料制品的剖视图。如图5和图6所示，非织造磨料制品包括非织造辐材1212。非织造辐材包括第一主表面1214和相背对的第二主表面1216。第一主表面和第二主表面中的每一者具有不规则或基本上非平面的轮廓。非织造辐材包括纤维组分1218，其包括单独的纤维1220。分散在整个非织造辐材和粘结剂1224上的磨料颗粒1222诸如本文所述的4d陶瓷结构将磨料颗粒粘附到单独的纤维。

虽然不限于此，但纤维组分可在非织造磨料制品的约5重量％至约30重量％、约10重量％至约25重量％、约10重量％至约20重量％、约12重量％至约15重量％的范围内，小于、等于或大于约5重量％、10重量％、15重量％、20重量％、25重量％或30重量％。纤维组分可包括相对于彼此无规取向和缠结的多根单独的纤维。单独的纤维在相互接触的点处彼此粘结。单独的纤维可以为短纤维或连续纤维。如一般所理解，“短纤维”是指具有离散长度的纤维，并且“连续纤维”是指可为合成长丝的纤维。单独的纤维可在纤维组分的约70重量％至约100重量％、约80重量％至约90重量％的范围内，小于、等于或大于纤维组分的约70重量％、75重量％、80重量％、85重量％、90重量％、95重量％或100重量％。

单独的短纤维的长度可在约35mm至155mm、50mm至约105mm、约70mm至约80mm的范围内，小于、等于或大于约35mm、40mm、45mm、50mm、55mm、60mm、65mm、70mm、75mm、76mm、80mm、85mm、90mm、95mm、100mm、102mm、105mm、110mm、115mm、120mm、125mm、130mm、135mm、140mm、145mm、150mm或155mm。单独的短纤维的卷曲指数值可在约15％至约60％、约25％至约50％的范围内，小于、等于或大于约15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％或60％。卷曲指数是所产生卷曲的量度；例如，在纤维中诱发可观的卷曲之前。卷曲指数表示为处于延长状态的纤维长度减去处于松弛(例如，缩短)状态的纤维长度的差除以处于延长状态的纤维长度。短纤维的细度或线密度可在约200旦尼尔至约2000旦尼尔、约500旦尼尔至约600旦尼尔、约500旦尼尔至约700旦尼尔、约800旦尼尔至约1000旦尼尔、约900旦尼尔至约1000旦尼尔的范围内，小于、等于或大于约200旦尼尔、250丹尼尔、300旦尼尔、350旦尼尔、400旦尼尔、450旦尼尔、500旦尼尔、550旦尼尔、600旦尼尔、650旦尼尔、700旦尼尔、750旦尼尔、800旦尼尔、850旦尼尔、900旦尼尔、950旦尼尔、1000旦尼尔、1050旦尼尔、1100旦尼尔、1150旦尼尔、1200旦尼尔、1250旦尼尔、1300旦尼尔、1350旦尼尔、1400旦尼尔、1450旦尼尔、1500旦尼尔、1550旦尼尔、1600旦尼尔、1650旦尼尔、1700旦尼尔、1750旦尼尔、1800旦尼尔、1850旦尼尔、1900旦尼尔、1950旦尼尔、2000旦尼尔。

在一些示例中，纤维组分可包括短纤维的共混物。例如，纤维组分可包括多根第一单独的纤维和多根第二单独的短纤维。共混物中的多根第一短纤维和多根第二短纤维可相对于线密度值、卷曲指数或长度中的至少一者不同。例如，多根第一单独的纤维的单独短纤维的线密度可在约200旦尼尔至约700旦尼尔、约550旦尼尔至约650旦尼尔的范围内，小于、等于或大于约200旦尼尔、250旦尼尔、300旦尼尔、350旦尼尔、400旦尼尔、450旦尼尔、500旦尼尔、550旦尼尔、600旦尼尔、650旦尼尔或约700旦尼尔。多根第二单独的纤维的单独短纤维的线密度可在约800旦尼尔至约2000旦尼尔、约850旦尼尔至约1000旦尼尔的范围内，小于、等于或大于约800旦尼尔、850旦尼尔、900旦尼尔、950旦尼尔、1000旦尼尔、1050旦尼尔、1100旦尼尔、1150旦尼尔、1200旦尼尔、1250旦尼尔、1300旦尼尔、1350旦尼尔、1400旦尼尔、1450旦尼尔、1500旦尼尔、1550旦尼尔、1600旦尼尔、1650旦尼尔、1700旦尼尔、1750旦尼尔、1800旦尼尔、1850旦尼尔、1900旦尼尔、1950旦尼尔或2000旦尼尔。具有不同线密度的单独短纤维的混合物可以用于例如提供磨料制品，该磨料制品在使用时可得到期望的表面光洁度。单独的纤维中的任一者的长度或卷曲指数可为根据本文所讨论的值的。

在包括单独的短纤维的共混物的磨料制品的示例中，多根第一单独的短纤维和多根第二单独的短纤维可考虑纤维组分的不同部分。例如，多根第一单独的纤维可在纤维组分的约20重量％至约80重量％、约30重量％至约40重量％的范围内，小于、等于或大于约20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％或80重量％。多根第二单独的纤维可在纤维组分的约20重量％至约80重量％、约60重量％至约70重量％的范围内，小于、等于或大于约20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％或80重量％。虽然本文讨论了两种多根单独的短纤维，但在本公开的范围内包括附加的多根单独的短纤维诸如多根第三单独的短纤维，该多根第三单独的短纤维相对于多根第一单独的纤维和多根第二单独的纤维的线密度值、卷曲指数和/或长度中的至少一者有所不同。

非织造辐材的纤维可包含许多合适的材料。影响材料的选择的因素包括该材料是否与粘附的粘结剂和磨料颗粒适当地相容同时还可与磨料制品的其它组分组合加工，以及材料承受加工条件(例如，温度)诸如在施加粘结剂和固化粘结剂期间采用的那些条件的能力。纤维的材料还可被选择为影响磨料制品的特性，诸如例如柔韧性、弹性、耐久性或寿命、研磨性以及精加工特性。可为合适的纤维的示例包括天然纤维、合成纤维以及天然纤维和/或合成纤维的混合物。合成纤维的示例包括由聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯)、尼龙(例如，尼龙-6,6、聚己内酰胺)、聚丙烯、丙烯腈(例如，丙烯酸类树脂)、人造丝、乙酸纤维素、聚偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物、以及氯乙烯-丙烯腈共聚物制成的那些。合适的天然纤维的示例包括棉花、羊毛、黄麻和大麻。纤维可为原始材料或为例如从服装裁剪、地毯制造、纤维制造或纺织品加工中回收的再循环材料或废料。纤维可为均一化的或可为复合材料，诸如双组分纤维(例如，共纺的皮-芯型纤维)。纤维可为拉紧的和卷曲的短纤维。

在一些示例中，单独的纤维可具有非圆形横截面形状或具有圆形和非圆形横截面形状(例如三角形、δ形、h形、三叶形、矩形、正方形、狗骨形、带形或椭圆形)的单独的纤维的共混物。

磨料制品包括粘附到单独的纤维上的磨料组分。磨料颗粒诸如本文所述的4d陶瓷结构可在磨料制品的约5重量％至约70重量％、约40重量％至约60重量％的范围内，小于、等于或大于约5重量％、10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％或70重量％。磨料组分可包括单独的磨料颗粒，诸如本文所述的4d陶瓷结构。

如本文所用，术语“约”可允许例如数值或范围的一定程度的可变性，例如在所述值或所述范围极限的10％内、5％内或1％内。

除非本文另有规定，否则如本文所用，术语“基本上”是指大多数或大部分，如至少约50％、60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％、99.9％、99.99％、或至少约99.999％或更多。

除非本文另有规定，否则如本文所用，术语“基本上不含”是指小部分，或几乎没有，如小于约10％、5％、2％、1％、0.5％、0.01％、0.001％、或小于约0.0001％或更小。

以一个范围格式表达的值应当以灵活的方式解释为不仅包括作为范围的极限明确列举的数值而且还包括涵盖在该范围内的所有单个数值或子范围，如同明确列举了每个数值和子范围一样。例如，范围“约0.1％至约5％”或“约0.1％至5％”应当解释为不仅包括约0.1％至约5％，而且还包括在指示范围内的单个值(例如，1％、2％、3％、和4％)和子范围(例如，0.1％至0.5％、1.1％至2.2％、3.3％至4.4％)。除非另外指明，否则表述“约x至y”具有与“约x至约y”相同的含义。同样，除非另外指明，否则表述“约x、y或约z”具有与“约x、约y或约z”相同的含义。

在该文档中，除非上下文清楚地指明，否则术语“一个”、“一种”或“该/所述”用于包括一个(种)或多于一个(种)。除非另外指明，否则术语“或”用于指非排他性的“或”。此外，应当理解，本文所采用并且未以其它方式限定的用语或术语仅用于说明目的而非进行限制。部分标题的任何使用均旨在有助于文档的理解且不应当解释为是限制性的。此外，与部分标题相关的信息可在该特定部分内或外出现。此外，在该文档中提及的所有出版物、专利和专利文档均全文以引用方式并入本文中，如同以引用方式单独并入那样。在该文档和如此以引用方式并入的那些文献之间的用法不一致的情况下，并入参考文献中的用法应当认为是该文献的用法的补充；对于不可调和的不一致性，以该文档的用法为准。

在本文所述的方法中，除了明确列举了时间或操作序列之外，可以任何顺序进行各种步骤而不脱离本发明的原理。此外，规定的步骤可同时进行，除非明确的权利要求语言暗示它们单独地进行。例如，进行x的受权利要求保护的步骤和进行y的受权利要求保护的步骤可在单个操作中同时进行，并且所得的过程将落入受权利要求保护的过程的字面范围内。

本公开的所选实施方案包括但不限于以下：

在第一实施方案中，本公开提供了一种磨料制品，所述磨料制品包括多个4d陶瓷结构，其中所述4d陶瓷结构通过顺序地包括以下步骤的方法制成：

从包括聚合物基材和分散在其中的陶瓷前体颗粒的第二应变初级聚合物陶瓷前体中至少部分地去除应变，以得到包括聚合物基材的4d陶瓷前体；以及

从所述包括聚合物基材的4d陶瓷前体热解去除所述聚合物基材，以提供4d陶瓷结构。

实施方案2涉及根据实施方案1所述的磨料制品，所述方法还包括：

提供包括聚合物基材和分散在其中的陶瓷前体颗粒的初级聚合物陶瓷前体，所述初级聚合物陶瓷前体包括第一部分和第二部分；

使所述初级聚合物陶瓷前体发生应变，以得到包括聚合物基材的第一应变初级聚合物陶瓷前体；以及

在所述第一应变初级聚合物陶瓷前体上叠加制造至少一个第三部分，以得到包括聚合物基材的所述第二应变初级聚合物陶瓷前体。

实施方案3涉及根据实施方案2所述的磨料制品，所述方法还包括：

形成所述初级聚合物陶瓷前体，所述初级聚合物陶瓷前体包括第一部分和第二部分。

实施方案4涉及根据实施方案1-3所述的磨料制品，其中x轴上的应变与y轴上的应变基本上相同。

实施方案5涉及根据实施方案1-3所述的磨料制品，其中x轴上的应变与y轴上的应变不同。

实施方案6涉及根据实施方案1-5所述的磨料制品，其中所述至少部分地去除应变致使所述第二应变初级聚合物陶瓷前体将形状改变为具有四维形状。

实施方案7涉及根据实施方案6所述的磨料制品，其中所述四维形状为以下形状中的至少一种：弯曲形状、带状、鞍形、锯齿形、山-谷形设计和三浦折叠设计形状。

实施方案8涉及根据实施方案1-7所述的磨料制品，其中所述陶瓷前体颗粒为陶瓷前体纳米颗粒。

实施方案9涉及根据实施方案1-8所述的磨料制品，其中所述陶瓷前体颗粒包括氧化铝、氧化铝氧化锆或氧化锆。

实施方案10涉及根据实施方案1-9所述的磨料制品，其中所述陶瓷前体颗粒包括氮化物或碳化物。

实施方案11涉及根据实施方案1-10所述的磨料制品，其中所述热解去除所述聚合物基材在至少约600℃的温度下执行。

实施方案12涉及根据实施方案1所述的磨料制品，所述方法还包括：将所述4d陶瓷结构设置到无机材料、玻璃质材料、结晶材料、有机材料、树脂材料、金属材料、金属合金或它们的组合物中。

实施方案13涉及根据实施方案1-2所述的磨料制品，所述方法还包括：将所述4d陶瓷结构设置在非织造幅材上。

实施方案14涉及根据实施方案1-2所述的磨料制品，所述方法还包括：将所述4d陶瓷结构设置到背衬的底胶层前体上。

实施方案15涉及根据实施方案14所述的磨料制品，所述方法还包括：至少部分地固化所述底胶层前体，以提供底胶层。

实施方案16涉及根据实施方案15所述的磨料制品，所述方法还包括：

将复胶层前体设置在所述底胶层的至少一部分上方；以及

至少部分地固化所述复胶层前体，以提供复胶层。

实施方案17涉及根据实施方案16所述的磨料制品，所述方法还包括：将顶胶层施加在所述复胶层的至少一部分上方。

实施方案18涉及根据实施方案1所述的磨料制品，其中所述磨料制品为经涂覆的磨料制品、非织造磨料制品或粘结磨料制品。

实施方案19涉及根据实施方案18所述的磨料制品，其中所述粘结磨料制品为磨头、切断轮、切割砂轮、中心下凹砂轮、中心下凹切断轮、卷盘砂轮、磨头、工具砂轮、轧辊砂轮、热压砂轮、面砂轮、导轨砂轮、磨锥、磨削塞、杯形砂轮、齿轮砂轮、无心砂轮、圆柱砂轮、内径砂轮、外径砂轮、双盘砂轮和砂瓦。

对本领域技术人员将显而易见的是，本文所公开的具体结构、特征、细节、构型等为在许多实施方案中可修改和/或组合的简单示例。发明人设想所有此类变化和组合均在本公开的范围内。因此，本公开的范围不应限于本文所述的特定说明性结构，而应至少扩展至由权利要求书的语言所描述的结构以及这些结构的等同形式。如果在所写的本说明书和以引用方式并入本文的任何文档中的公开内容之间存在冲突或矛盾之处，则以所写的本说明书为准。此外，在该文档中提及的所有出版物、专利和专利文档均全文以引用方式并入本文中，如同它们在本文中充分阐述一样。