CN102701748A - 涂布法制备氧化锆陶瓷刀的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种涂布法制备氧化锆陶瓷刀的方法，包括：提供质量百分比为55~68%的氧化锆陶瓷粉、质量百分比为18~30%的有机溶剂、质量百分比为0.6~2.1%的分散剂、质量百分比为4.0~7.0%的粘结剂、质量百分比为3.0~7.0%的增塑剂；有机溶剂采用二元共沸混合有机溶剂体系，如异丙醇和乙酸乙酯的混合物，或乙醇与丁酮的混合物；分散剂采用两种陶瓷分散剂，如蓖麻油和聚羧酸的混合物；粘结剂采用两种粘结剂：分子链长和分子链短的两种不同的PVB；增塑剂采用两种增塑剂：DBP和PEG。采用本发明的方法制备的氧化锆陶瓷刀内部结构均匀，气孔极少，抗弯强度高，断裂韧性好，厚度可以减小到0.2~1.4mm。

Description

涂布法制备氧化锆陶瓷刀的方法

技术领域

本发明涉及电子陶瓷技术领域，具体涉及一种用涂布法制备氧化锆陶瓷刀的方法。

背景技术

陶瓷刀已经广泛在欧美日等国家使用，由于当前制作陶瓷刀的工艺主要采用干压、等静压、注塑、或者凝胶注的方法成型，由于氧化锆是纳米级粉体，采用传统成型的方法容易产生坯体密度分布不均匀，排气不良从而导致烧结后的产品变形严重，内部气孔率高，从而产生容易断裂，强度下降等缺陷，由于内部晶体结构疏松，导致加工后刀刃锋利度差，同时传统方法制备陶瓷刀的厚度在1.6~3.0mm，该厚度大，用的原料多，笨重且不环保。

发明内容

有鉴于此，有必要针对背景技术提到的问题，提供一种内部结构均匀、气孔少、抗弯强度高、断裂韧性好、加工后刀刃锋利，厚度小，使用轻便的涂布法制备氧化锆陶瓷刀的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种涂布法制备氧化锆陶瓷刀的方法，其包括以下步骤：

提供质量百分比为55~68%的氧化锆陶瓷粉、质量百分比为18~30%的有机溶剂、质量百分比为0.6~2.1%的分散剂、质量百分比为4.0~7.0%的粘结剂、质量百分比为3.0~7.0%的增塑剂；

将所述分散剂、20%质量的所述有机溶剂及所述氧化锆陶瓷粉放入球磨机内球磨6-24小时；然后将所述粘结剂、增塑剂及另外的80质量的所述有机溶剂加入至所述球磨机内球磨24-48小时；制备好的浆料在真空条件下脱泡，同时搅拌达到10000~20000mps后得到可涂布成型用的浆料；

将所述浆料流入传统流延成型机，制成厚度0.2~2.0mm的生坯，再经过模具冲切、12~30小时的低温排胶、12~24小时的1300~1500℃的高温烧结后得到氧化锆刀。

所述氧化锆陶瓷粉中含有稳定剂，其为3%mol的氧化钇。

所述有机溶剂采用二元共沸混合有机溶剂体系，如异丙醇和乙酸乙酯，两者质量比是1:3；或者是乙醇和丁酮的混合物，两者质量比是46:54。

此体系可提供良好的溶解特性，具有良好的化学稳定性，不与粉料发生化学反应，同时制备的浆料无毒，成本低。

所述分散剂采用两种陶瓷分散剂，如蓖麻油和聚羧酸，两者质量比例是2~3:1；由于两者的分散性能不同，两种分散剂为成型工艺提供稳定的性能具有重要意义。

所述粘结剂采用两种粘结剂：分子链长和分子链短的两种不同的聚乙烯醇缩丁醛（PVB），其均为美国首诺公司生产，两者质量比例是1~3:1；两种粘结剂使用优化浆料黏度，流动性，增强坯体强度和粘接性等。

所述增塑剂采用两种增塑剂：邻苯二甲酸二丁酯（DBP）和聚乙二醇（PEG），两者质量比=1~1.5：1；实验证明两种增塑剂制备的坯带不易开裂、柔韧性适中。

制成生坯后，可采用温等静压的方式保证其平整度，具体工艺是，将生坯放在平整模具中并装入薄膜袋，在-0.1Mpa的真空下塑封，放入等静压机，在60~70℃的温度下，以10~25Mpa压力均匀压制生坯，冷却后再取出，使生坯密度各向趋于均匀，从而保证烧结后氧化锆陶瓷刀的平整度；同时也可以采用多层叠加等静压成型来得到较厚的氧化锆陶瓷刀。

所述模具冲切和低温排胶具体包括：将经过上述处理的生坯通过切刀切成带状卷取，放入陈腐库陈腐24小时以上，经过冲压、切断制成需要的尺寸规格，再4~8片叠加后放入低温排胶炉内，以5~10℃/分钟的速度排胶，缓慢分解配方中加入的分散剂、粘结剂、增塑剂等，排胶需要的时间与生坯的尺寸成正比。

所述高温烧结具体包括：将低温排胶后的生坯再放入推板式电炉内，以3~5℃/分钟的速度升温，在1350~1500℃保温2~5小时后自然降温得到氧化锆陶瓷刀坯。

一种具体的实施方法是：

提供以下原料混合物：

直径为0.1~3.0um的含有3%mol Y₂O₃稳定剂的氧化锆粉料1000 kg、由质量比为1:3的异丙醇和乙酸乙酯组成的有机溶剂385kg、由质量比为1:1的蓖麻油和聚羧酸组成的分散剂30kg、由质量比为1:1的PVB--长链和PVB-短链组成的粘结剂75kg、由质量比为1:1的PVB--长链和PVB-短链组成的粘结剂75kg、由质量比为1.5:1的DBP和PEG组成的增塑剂48kg；

将所述分散剂与20%质量的所述有机溶剂加入到球磨机与所述氧化锆粉料一起球磨18小时；将所述粘结剂、所述增塑剂及另外80%质量的有机溶剂加入到球磨机内球磨48小时制成浆料；将所述浆料置于真空条件下脱泡，同时搅拌达到30000mps后得到可涂布成型用的浆料；

然后，将所述可涂布成型用的浆料注入一流延成型机，将刮刀与膜带间距调整为3.2mm，浆料液面与膜带高度差为50mm，刮刀与膜带相对速度调整为0.35m/min，在温度60~120℃的热风干燥后得到厚度1.5mm的生坯，再经过模具冲切，以15Mpa的压力下得到生坯，经过12小时的低温排胶，30小时的1400℃的高温烧结后得到厚度1.2mm的氧化锆陶瓷刀。

与现有技术相比，本发明具备如下优点：采用本发明的方法制备的氧化锆陶瓷刀内部结构均匀，气孔极少，抗弯强度高，断裂韧性好，加工后刀刃锋利，使用轻便，同时在满足用户使用条件下可以减少厚度做到0.2~1.4mm，即用更少的材料制备陶瓷刀，达到环保目的。

Claims (10)

1.一种涂布法制备氧化锆陶瓷刀的方法，其特征在于：包括以下步骤：

提供质量百分比为55~68%的氧化锆陶瓷粉、质量百分比为18~30%的有机溶剂、质量百分比为0.6~2.1%的分散剂、质量百分比为4.0~7.0%的粘结剂、质量百分比为3.0~7.0%的增塑剂；

将所述分散剂、20%质量的所述有机溶剂及所述氧化锆陶瓷粉放入球磨机内球磨6-24小时；然后将所述粘结剂、增塑剂及另外的80质量的所述有机溶剂加入至所述球磨机内球磨24-48小时；制备好的浆料在真空条件下脱泡，同时搅拌达到10000~20000mps后得到可涂布成型用的浆料；

将所述浆料流入传统流延成型机，制成厚度0.2~2.0mm的生坯，再经过模具冲切、12~30小时的低温排胶、12~24小时的1300~1500℃的高温烧结后得到氧化锆刀。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化锆陶瓷粉中含有3%mol氧化钇稳定剂。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂采用二元共沸混合有机溶剂体系，其包括异丙醇和乙酸乙酯，两者质量比是1:3；或者是乙醇和丁酮的混合物，两者质量比是46:54。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分散剂包括蓖麻油和聚羧酸，两者质量比例是2~3:1。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘结剂包括分子链长和分子链短的两种不同的聚乙烯醇缩丁醛，两者质量比例是1~3:1。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增塑剂包括邻苯二甲酸二丁酯和聚乙二醇，两者质量比=1~1.5：1。

7.根据权利要求1至6任一所述的方法，其特征在于，制成生坯后，模具冲切之前，采用温等静压的方式保证生坯平整度，具体工艺是，将生坯放在平整模具中并装入薄膜袋，在-0.1Mpa的真空下塑封，放入等静压机，在60~70℃的温度下，以10~25Mpa压力均匀压制生坯，冷却后再取出，使生坯密度各向趋于均匀，从而保证烧结后氧化锆陶瓷刀的平整度。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述模具冲切和低温排胶具体包括：将经过处理的生坯通过切刀切成带状卷取，放入陈腐库陈腐24小时以上，经过冲压、切断制成需要的尺寸规格，再4~8片叠加后放入低温排胶炉内，以5~10℃/分钟的速度排胶，缓慢分解配方中加入的分散剂、粘结剂、增塑剂等，排胶需要的时间与生坯的尺寸成正比。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述高温烧结具体包括：将低温排胶后的生坯再放入推板式电炉内，以3~5℃/分钟的速度升温，在1350~1500℃保温2~5小时后自然降温得到氧化锆陶瓷刀坯。

10.一种涂布法制备3Y氧化锆陶瓷刀的方法，其特征在于：包括以下步骤：

提供以下原料混合物：

直径为0.1~3.0um的含有3%mol Y₂O₃稳定剂的氧化锆粉料1000 kg、由质量比为1:3的异丙醇和乙酸乙酯组成或质量比为46:54的乙醇和丁酮组成的有机溶剂385kg、由质量比为1:1的蓖麻油和聚羧酸组成的分散剂30kg、由质量比为1:1的PVB--长链和PVB-短链组成的粘结剂75kg、由质量比为1:1的PVB--长链和PVB-短链组成的粘结剂75kg、由质量比为1.5:1的DBP和PEG组成的增塑剂48kg；

将所述分散剂与20%质量的所述有机溶剂加入到球磨机与所述氧化锆粉料一起球磨18小时；将所述粘结剂、所述增塑剂及另外80%质量的有机溶剂加入到球磨机内球磨48小时制成浆料；将所述浆料置于真空条件下脱泡，同时搅拌达到30000mps后得到可涂布成型用的浆料；

然后，将所述可涂布成型用的浆料注入一流延成型机，将刮刀与膜带间距调整为3.2mm，浆料液面与膜带高度差为50mm，刮刀与膜带相对速度调整为0.35m/min，在温度60~120℃的热风干燥后得到厚度1.5mm的生坯，再经过模具冲切，以15Mpa的压力下得到生坯，经过12小时的低温排胶，30小时的1400℃的高温烧结后得到厚度1.2mm的氧化锆陶瓷刀。