一种纳米陶瓷刀具的配方及其制备方法
【专利摘要】本发明属于陶瓷领域，具体涉及一种纳米陶瓷刀及其制备方法。该纳米陶瓷刀具的配方使用1000?1500目的纳米级氧化物、氮化物等粉体材料混合配制成陶瓷刀的基础原料，由於纳米级粉体材料本身的微细分子，在压制陶瓷刀坯体时可以使密度增加，制得具有高硬度、高强度、高韧性的纳米陶瓷刀；在制造时配料依次经过混合配料、压制坯体、坯体排胶、刀片成型、刀口刃磨以及试刀等工艺，采用气氛保护烧结和热等静压处理技术，使混合材料的结构产生变化，提高陶瓷刀具耐磨性，延长刀具的切削寿命，其抗弯强度可达到750?1200Mpa，具有良好的抗冲击能力，进行铣、刨、镗削更能显示其特性，且能抑菌抗氧化，避免让刀具上产生污垢和霉菌。
【专利说明】一种纳米陶瓷刀具的配方及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于陶瓷领域，具体涉及一种具高硬度、高强度，高韧性、能抑菌抗氧化的 纳米陶瓷刀及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着陶瓷工艺的精进与成熟，陶瓷与纳米材料的混合可以让陶瓷和科技结合，制 造出耐磨坚硬的陶瓷刀具，陶瓷刀使用精密陶瓷高压研制而成，作为现代高科技的产物，具 有传统金属刀具所无法比拟的优点，但是很多陶瓷刀仅仅扛着纳米材料的旗帜宣称具有纳 米神奇的功效来抬高产品的价格，却不是真正使用纳米技术或材料来制成产品。
[0003] 申请公布号为CN103708832A公开了一种纳米陶瓷刀具，其特征组成在于该纳米 陶瓷刀具的组成是氧化钇稳定氧化锆，包括氧化铝、氧化镁、氧化钙、氧化钛之中的一种或 多种第三组分组成协同掺杂，其含量分别是：氧化锆80-95wt%、氧化钇2-8wt%、氧化铝 0_20wt %、氧化镁0_5wt %、氧化興0_4wt %、氧化钛〇-〇. 5wt %、其他稀土氧化物0_2wt %。
[0004] 该种纳米陶瓷刀具，以氧化钇稳定四方氧化锆作为基体，经过一次烧结或二次烧 结过程，所制成的陶瓷刀具因材料性、技术性问题，仍有许多改善的空间，如：陶瓷刀具厚度 不均、重量不容易控制、刀刃锋利不足、韧度不够，容易碎裂、不能剁硬物等等，另外使用该 种材料制得的陶瓷刀具价格昂贵、推广困难。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述问题，本发明提供了一种具高硬度、高强度、高韧性且能抑菌抗氧化 的纳米陶瓷刀具的配方及其制备方法，具体方案如下：
[0006] -种纳米陶瓷刀具的配方，其特征在于，
[0007] 所述纳米陶瓷刀具的配方为1000?1500目的纳米级粉体材料；
[0008] 按照重量比,纳米级粉体材料的组成如下：ZrO2占40?60%、A120 3占20?30%; Si3N4b25?40%、Ti02b2?10%、Mnb0.05?0.1%、Sib0.05?0.1%、Sbl.00? I. 20%、P 占 0· 05 ?0· 60%。
[0009] 优化的，按照重量比，纳米级粉体材料的组成如下：ZrO2占44%、Al 2O3占21% ; Si3N4 占 28%、Ti02 占 5· 4%、Mn 占 0· 08%、Si 占 0· 07%、S 占 I. 15%、P 占 0· 3%。
[0010] 优化的，按照重量比，纳米级粉体材料的组成如下：ZrO2占40%、Al 2O3占20% ; Si3N4 占 30%、Ti02 占 8· 3%、Mn 占 0· 05%、Si 占 0· 05%、S 占 I. 05%、P 占 0· 55%。
[0011] 优化的，按照重量比，纳米级粉体材料的组成如下：ZrO2占50%、Al 2O3占20% ; Si3N4 占 25%、Ti02 占 3%、Mn 占 0· l%、Si 占 0· 1%、S 占 I. 2%、P 占 0· 60%。
[0012] 优化的，按照重量比，纳米级粉体材料的组成如下：ZrO2占50%、Al 2O3占20% ; Si3N4 占 25%、Ti02 占 3· 75%、Mn 占 0· 07%、Si 占 0· 08%、S 占 I. 00%、P 占 0· 1%。
[0013] 一种纳米陶瓷刀具的制备工艺，其特征在于，采用上述任意一项所述的纳米陶瓷 刀具的配方，包括以下步骤：
[0014] 步骤I，混合配料，根据配方称量粉料并充分混合均匀，制成混合纳米粉体材料；
[0015] 步骤2,压制坯体，以200?400吨的高压将步骤1制得的纳米粉体材料压制成刀 具坯体；
[0016] 步骤3,坯体排胶，将步骤2所制得的刀具坯体进行脱胶处理；
[0017] 步骤4,刀片成型，刀具坯体经过气氛保护烧结与热等静压处理后得到陶瓷刀片；
[0018] 步骤5,刀口刃磨，将陶瓷刀片刀刃做磨利处理；
[0019] 步骤6,试刀，对于不同批次、不同时间生产的陶瓷刀片，除监控其性能指标外，在 出厂前还应进行试刀，以检验刀片的切削性能。
[0020] 进一步的，步骤1中粉料混合均勻依次经过球磨、振磨、球磨、加胶、球磨的混料制 程，将粉料磨成1000?1500目的纳米级粉体材料。
[0021] 进一步的，步骤4中气氛保护烧结的温度为800?1380°C。
[0022] 由上述描述可知，本发明提供了一种纳米陶瓷刀具的配方及制作工艺，该纳米陶 瓷刀具的配方使用1000?1500目的纳米级氧化物、氮化物等粉体材料混合配制成陶瓷刀 的基础原料，制得具有高硬度、高强度、高韧性的纳米陶瓷刀，由於纳米级粉体材料本身的 微细分子，在压制陶瓷刀坯体时可以使密度增加；在制造时配料依次经过混合配料、压制坯 体、坯体排胶、刀片成型、刀口刃磨以及试刀等工艺，采用气氛保护烧结和热等静压处理技 术，使混合材料的结构产生变化，提高陶瓷刀具耐磨性，延长刀具的切削寿命，其抗弯强度 可达到750?1200Mpa，具有良好的抗冲击能力，进行铣、刨、镗削更能显示其特性，且能抑 菌抗氧化，避免让刀具上产生污垢和霉菌。
【具体实施方式】
[0023] 为了更好的理解本发明的技术方案，下面对本发明的技术方案进行进一步的描 述。
[0024] 本发明公开了一种纳米陶瓷刀具的配方，其特征在于，
[0025] 所述纳米陶瓷刀具的配方为1000?1500目的纳米级粉体材料；
[0026] 按照重量比,纳米级粉体材料的组成如下：ZrO2占40?60 %、A1203占20?30%; Si3N4b25?40%、Ti02b2?10%、Mnb0.05?0.1%、Sib0.05?0.1%、Sbl.00? I. 20%、P 占 0· 05 ?0· 60%。
[0027] 因纳米级的粉体材料孔目非常小，使烧结后的陶瓷刀能具有高硬度、高强度、高韧 性且能抗氧化性。
[0028] 依产品需求的不同，孔目尺寸可以在较宽的范围变化，形状多样，孔壁组成和性质 可调控；依据各种不同的需求调整纳米级粉体配方料之内容和配方比率，可以控制制成后 刀刃的硬度、强度与韧度。具体的实施例如下：
[0029] 具体实施例一，纳米陶瓷刀具的配方为1050目的纳米级粉体材料，按照重量比， 纳米级粉体材料的组成如下=ZrO 2占44%、Al2O3占21% ;Si3N4占28%、TiO2占5. 4%、Mn 占 0.08%、Si 占 0.07%、S 占 L 15%、P 占 0.3%。
[0030] 具体实施例二，纳米陶瓷刀具的配方为1200目的纳米级粉体材料，按照重量比， 纳米级粉体材料的组成如下：Zr0 2占40%、Al2O3占20% ;Si3N4占30%、TiO2占8. 3%、Mn 占 0.05%、Si 占 0.05%、S 占 L 05%、P 占 0.55%。
[0031] 具体实施例三，按纳米陶瓷刀具的配方为1380目的纳米级粉体材料，照重量比， 纳米级粉体材料的组成如下=ZrO 2占50 %、Al2O3占20 % ;Si3N4占25 %、TiO2占3 %、Mn占 0· l%、Si 占 0· 1%、S 占 I. 2%、P 占 0· 60%。
[0032] 具体实施例四，按纳米陶瓷刀具的配方为1430目的纳米级粉体材料，按照重量 t匕，纳米级粉体材料的组成如下：ZrO2占50%、A1203占20%;Si 3N4占25%、Ti02占3. 75%、 Mn 占 0· 07%、Si 占 0· 08%、S 占 I. 00%、P 占 0· 1%。
[0033] 该种纳米陶瓷刀具的制备步骤如下：
[0034] 步骤1，混合配料，根据配方取Zr02、A120 3、Si3N4、Ti02、Mn、Si、S、P等材料称量并 充分均匀混合，经过球磨一振磨一球磨一加胶一球磨等混料制程，将材料磨成1000?1500 目的纳米级粉体材料；
[0035] 步骤2,压制坯体，以200?400吨的高压成形压制上述之纳米粉体材料成陶瓷刀 坯体；
[0036] 步骤3,坯体排胶，将步骤2所制得的刀具坯体进行脱胶处理；
[0037] 步骤4,刀片成型，刀具坯体在经过800?1380°C气氛保护烧结与热等静压处理后 得到陶瓷刀片；
[0038] 步骤5,刀口刃磨，将陶瓷刀片刀刃做磨利处理；
[0039] 步骤6,试刀，对于不同批次、不同时间生产的陶瓷刀片，除监控其性能指标外，在 出厂前还应进行试刀，以检验刀片的切削性能。
[0040] 基于其结构的优异特性，经过优化混合条件的纳米级粉体材料配制烧结成陶瓷 刀，以上述工艺可制备一种具高硬度、高强度、高韧性且能抑菌抗氧化的纳米陶瓷刀，由於 纳米级粉体材料本身的微细分子，在压制陶瓷刀坯体时可以使密度增加，采用气氛保护烧 结和热等静压处理技术，使混合材料的结构产生变化，提高陶瓷刀具耐磨性，延长刀具的切 削寿命，其抗弯强度可达到750?1200Mpa，具有良好的抗冲击能力，进行铣、刨、镗削更能 显示其特性，且能抑菌抗氧化，避免让刀具上产生污垢和霉菌。
[0041] 以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依 本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范 围内。
【权利要求】
1. 一种纳米陶瓷刀具的配方，其特征在于， 所述纳米陶瓷刀具的配方为1000?1500目的纳米级粉体材料； 按照重量比，纳米级粉体材料的组成如下：ZrO2占40?60%、A1203占20?30%;Si 3N4 占 25 ?40 %、TiO2 占 2 ?10 %、Mn 占 0· 05 ?0· 1 %、Si 占 0· 05 ?0· 1 %、S 占 L 00 ? I. 20%、P 占 0· 05 ?0· 60%。
2. 根据权利要求1所述的纳米陶瓷刀具的配方，其特征在于，按照重量比，纳米级粉体 材料的组成如下：ZrO2 占 44%、Al2O3 占 21% ;Si3N4 占 28%、TiO2 占 5. 4%、Mn 占 0· 08%、 Si 占 0· 07%、S 占 L 15%、P 占 0· 3%。
3. 根据权利要求1所述的纳米陶瓷刀具的配方，其特征在于，按照重量比，纳米级粉体 材料的组成如下：ZrO2 占 40%、Al2O3 占 20% ;Si3N4 占 30%、TiO2 占 8. 3%、Mn 占 0· 05%、 Si 占 0· 05%、S 占 L 05%、P 占 0· 55%。
4. 根据权利要求1所述的纳米陶瓷刀具的配方，其特征在于，按照重量比，纳米级粉体 材料的组成如下：ZrO2 占 50%、A1203 占 20%;Si3N4 占 25%、Ti02 占 3%、Mn 占 0. l%、Si 占 0· 1%、S 占 I. 2%、P 占 0· 60%。
5. 根据权利要求1所述的纳米陶瓷刀具的配方，其特征在于，按照重量比，纳米级粉体 材料的组成如下：ZrO2 占 50%、Al2O3 占 20% ;Si3N4 占 25%、TiO2 占 3. 75%、Mn 占 0· 07%、 Si 占 0· 08%、S 占 I. 00%、P 占 0· 1%。
6. -种纳米陶瓷刀具的制备工艺，其特征在于，采用权利要求1-5任意一项所述的纳 米陶瓷刀具的配方，包括以下步骤： 步骤1，混合配料，根据配方称量粉料并充分混合均匀，制成混合纳米粉体材料； 步骤2,压制坯体，以200?400吨的高压将步骤1制得的纳米粉体材料压制成刀具坯 体； 步骤3,坯体排胶，将步骤2所制得的刀具坯体进行脱胶处理； 步骤4,刀片成型，刀具坯体经过气氛保护烧结与热等静压处理后得到陶瓷刀片； 步骤5,刀口刃磨，将陶瓷刀片刀刃做磨利处理； 步骤6,试刀，对于不同批次、不同时间生产的陶瓷刀片，除监控其性能指标外，在出厂 前还应进行试刀，以检验刀片的切削性能。
7. 根据权利要求6所述的纳米陶瓷刀具的制备工艺，其特征在于：所述步骤1中粉料 混合均匀依次经过球磨、振磨、球磨、加胶、球磨的混料制程，将粉料磨成1000?1500目的 纳米级粉体材料。
8. 根据权利要求6所述的纳米陶瓷刀具的制备工艺，其特征在于：所述步骤4中气氛 保护烧结的温度为800?1380°C。
【文档编号】C04B35/488GK104211393SQ201410467046
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年9月12日
【发明者】谢文富 申请人:福建省博创生化有限责任公司