CN104211393A - 一种纳米陶瓷刀具的配方及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
技术领域
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
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。
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％、氧化钙0-4wt％、氧化钛0-0.5wt％、其他稀土氧化物0-2wt％。
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
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：
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％、Al2O3占20～30％；Si3N4占25～40％、TiO2占2～10％、Mn占0.05～0.1％、Si占0.05～0.1％、S占1.00～1.20％、P占0.05～0.60％。
优化的，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1.15％、P占0.3％。
优化的，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1.05％、P占0.55％。
优化的，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％、Mn占0.1％、Si占0.1％、S占1.2％、P占0.60％。
优化的，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1.00％、P占0.1％。
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：
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。
进一步的，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。
进一步的，步骤4中气氛保护烧结的温度为800～1380℃。
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
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。
本发明公开了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％、Al2O3占20～30％；Si3N4占25～40％、TiO2占2～10％、Mn占0.05～0.1％、Si占0.05～0.1％、S占1.00～1.20％、P占0.05～0.60％。
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。
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：
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：ZrO2占44％、Al2O3占21％；Si3N4占28％、TiO2占5.4％、Mn占0.08％、Si占0.07％、S占1.15％、P占0.3％。
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：ZrO2占40％、Al2O3占20％；Si3N4占30％、TiO2占8.3％、Mn占0.05％、Si占0.05％、S占1.05％、P占0.55％。
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：ZrO2占50％、Al2O3占20％；Si3N4占25％、TiO2占3％、Mn占0.1％、Si占0.1％、S占1.2％、P占0.60％。
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1.00％、P占0.1％。
该种纳米陶瓷刀具的制备步骤如下：
步骤1，混合配料，根据配方取ZrO2、Al2O3、Si3N4、TiO2、Mn、Si、S、P等材料称量并充分均匀混合，经过球磨→振磨→球磨→加胶→球磨等混料制程，将材料磨成1000～1500目的纳米级粉体材料；
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；
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，刀具坯体在经过800～1380℃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。
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。
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。
Claims (8)
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％、Al2O3占20～30％；Si3N4占25～40％、TiO2占2～10％、Mn占0.05～0.1％、Si占0.05～0.1％、S占1.00～1.20％、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1.15％、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1.05％、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％、Al2O3占20％；Si3N4占25％、TiO2占3％、Mn占0.1％、Si占0.1％、S占1.2％、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1.00％、P占0.1％。
6.一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℃。
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