CN104987052A - 一种纳米金刚石增强的陶瓷碗及其制备方法 - Google Patents

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舒小山
章建武
宫平
汤兴友
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本发明公开了一种纳米金刚石增强的陶瓷碗及其制备方法，其由以下重量份的原料制成：硅藻土24-38、天然海洋石36-52、蓝方石14-22、纳米金刚石16-28、锂云母24-38、氯化钙4-7、高铁酸钠5-9、聚乙烯吡咯烷酮10-15、蔗糖硬脂酸酯3-6、十二烷基硫酸钠2-3、羟乙基纤维素4-8、纳米抗菌粉6-12。本发明采用纳米金刚石作为增强体与硅藻土、天然海洋石、蓝方石、纳米锂云母等原料复合，经烧结制造的陶瓷碗具有很高的机械强度，与传统陶瓷碗相比较，破坏强度平均提高2-3倍，能够大大减少陶瓷碗的破裂。

Description

一种纳米金刚石增强的陶瓷碗及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米金刚石增强的陶瓷碗及其制备方法，属于陶瓷材料领域。
背景技术
碗作为生活的重要组成部分与人们的日常生活密切相关,是饮食活动中不可缺少的最为重要的用具,尤其是在中国使用极为广泛，是中国饮食器具中的必需品。我国自古就有用瓷土、石英砂等原料烧制精细的陶瓷碗，作为饮食器皿并因其实用性和审美性沿用至今。时至今日，由于科学技术的进步，已出现了许多可以代替瓷碗的材料，如不锈钢、塑料等，与这些材料制成的碗相比，传统陶瓷碗存在着机械强度低的缺点，使用过程中出现破裂现象，另外目前市场上的陶瓷碗还存在抗菌抑菌性能差的缺点，容易滋生大量细菌，不利于饮食健康与安全。因此，急需开发一种纳米金刚石增强的陶瓷碗，以提高陶瓷碗的性能。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种纳米金刚石增强的陶瓷碗及其制备方法，本发明制得的陶瓷碗具有很好的机械强度，能够大大减少陶瓷碗的破裂。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种纳米金刚石增强的陶瓷碗，由以下重量份的原料制成：硅藻土24-38、天然海洋石36-52、蓝方石14-22、纳米金刚石16-28、锂云母24-38、氯化钙4-7、高铁酸钠5-9、聚乙烯吡咯烷酮10-15、蔗糖硬脂酸酯3-6、十二烷基硫酸钠2-3、羟乙基纤维素4-8、纳米抗菌粉6-12；
所述纳米抗菌粉的制备方法如下：(1)取以下重量份的原料：玉石粉4-8、贝壳粉3-6、钛酸四丁酯10-15、无水乙醇50-60、蒸馏水2-3、冰醋酸8-12、硝酸银4-6、硝酸铜3-5；(2)将钛酸四丁酯与占醇总量55-65％的无水乙醇混合,磁力搅拌20-30min,得混合液A；(3)将蒸馏水、冰醋酸以及剩余的无水乙醇混合,磁力搅拌15-25min，得混合液B；(4)在磁力搅拌下,将混合液B逐滴加入到混合液A中,滴加完后加入玉石粉和贝壳粉，超声搅拌0.5-1h,再在室温下静置24-48h，将得到的凝胶在70-80℃下干燥10-15h，研磨成粉末；(5)将上述所制得的粉末放入马弗炉中,在450-550℃下热处理1-2h,随炉冷却至常温,粉碎，过筛即得所需的纳米抗菌粉。
一种纳米金刚石增强的陶瓷碗的制备方法，包括以下步骤：
(1)取硅藻土、天然海洋石、蓝方石、锂云母混合均匀，粉碎，过80-120目筛后浸泡于8-10倍量的25％过氧化氢水溶液中，浸泡1.5-2h，再用胶体磨在1500-2000r/min的转速下研磨15-20min，将研磨后的浆液在低于-20℃的温度下静置0.5-1h，再置于常温下超声波处理25-35min，过滤，洗涤干净，烘干，待用；
(2)取纳米金刚石、氯化钙、高铁酸钠与步骤(1)制得的粉体混合均匀，加适量的水打浆制成浓度为50-55％的浆液，紫外光照射1.5-2.5h，再加入余下原料，水浴加热至65-75℃，在1000-1500r/min的转速下研磨20-30min，然后将研磨后的浆料放入模具中通过真空压力注浆成型，成型压力为24-28MPa；
(3)将步骤(2)制得的生坯在50-60℃的温度下进行干燥，干燥至坯料含水量低于3％；
(4)将上述得到的干坯置于热等静压烧结炉内进行处理，以氮气作为加压介质，加压90-110MPa,升温至1170-1260℃,保温1-2h,随炉冷却至常温；
(5)对上述热等静压烧结后的干坯进行彩绘，再进行上釉，然后进行气氛压力烧结处理：首先在2-3MPa的N2气氛下升温至1040-1120℃，保温1-2h，再在真空气氛下降温至650-720℃，保温0.5-1h，然后在2-3MPa的H2气氛下升温至1240-1280℃，保温2-3h,再在真空气氛下降温至620-680℃,保温0.5-1h，随炉冷却常温，包装即得成品。
上述纳米抗菌粉末是以玉石粉、贝壳粉为载体,以Ag+、Cu2+为掺杂粒子制备得到的改性纳米TiO2粉体，安全环保，无毒、无味、无刺激性，不仅具有优异的广谱抗菌性能，对包括细菌、真菌、支原体在内的多种病原体都有很好的抑制或杀灭作用，杀菌率达到98％以上，还具有良好的抗紫外线老化性和耐热性，在高温以及强紫外线下不分解、不挥发、不变色、不变质。
本发明的有益效果：
本发明采用纳米金刚石作为增强体与硅藻土、天然海洋石、蓝方石、纳米锂云母等原料复合，经烧结制造的陶瓷碗具有很高的机械强度，与传统陶瓷碗相比较，破坏强度平均提高2-3倍，能够大大减少陶瓷碗的破裂。
具体实施方式
一种纳米金刚石增强的陶瓷碗，由以下重量(kg)的原料制成：硅藻土34、天然海洋石46、蓝方石18、纳米金刚石22、锂云母32、氯化钙5、高铁酸钠7、聚乙烯吡咯烷酮12、蔗糖硬脂酸酯4.5、十二烷基硫酸钠2.5、羟乙基纤维素6、纳米抗菌粉9；
所述纳米抗菌粉的制备方法如下：(1)取以下重量(kg)的原料：玉石粉5、贝壳粉4.5、钛酸四丁酯11、无水乙醇54、蒸馏水2、冰醋酸10、硝酸银4.5、硝酸铜4；(2)将钛酸四丁酯与占醇总量60％的无水乙醇混合,磁力搅拌25min,得混合液A；(3)将蒸馏水、冰醋酸以及剩余的无水乙醇混合,磁力搅拌20min，得混合液B；(4)在磁力搅拌下,将混合液B逐滴加入到混合液A中,滴加完后加入玉石粉和贝壳粉，超声搅拌45min,再在室温下静置36h，将得到的凝胶在75℃下干燥12h，研磨成粉末；(5)将上述所制得的粉末放入马弗炉中,在480℃下热处理2h,随炉冷却至常温,粉碎，过筛即得所需的纳米抗菌粉。
一种纳米金刚石增强的陶瓷碗的制备方法，包括以下步骤：
(1)取硅藻土、天然海洋石、蓝方石、锂云母混合均匀，粉碎，过100目筛后浸泡于9倍量的25％过氧化氢水溶液中，浸泡2h，再用胶体磨在1800r/min的转速下研磨16min，将研磨后的浆液在低于-20℃的温度下静置40min，再置于常温下超声波处理30min，过滤，洗涤干净，烘干，待用；
(2)取纳米金刚石、氯化钙、高铁酸钠与步骤(1)制得的粉体混合均匀，加适量的水打浆制成浓度为52％的浆液，紫外光照射2h，再加入余下原料，水浴加热至70℃，在1200r/min的转速下研磨25min，然后将研磨后的浆料放入模具中通过真空压力注浆成型，成型压力为27MPa；
(3)将步骤(2)制得的生坯在55℃的温度下进行干燥，干燥至坯料含水量低于3％；
(4)将上述得到的干坯置于热等静压烧结炉内进行处理，以氮气作为加压介质，加压95MPa,升温至1230℃,保温1.5h,随炉冷却至常温；
(5)对上述热等静压烧结后的干坯进行彩绘，再进行上釉，然后进行气氛压力烧结处理：首先在2MPa的N2气氛下升温至1080℃，保温1.5h，再在真空气氛下降温至690℃，保温0.5h，然后在3MPa的H2气氛下升温至1260℃，保温2h,再在真空气氛下降温至650℃,保温0.5h，随炉冷却常温，包装即得成品。
上述实施例所生产的陶瓷碗主要性能如下表所示：
项目 单位 检测结果
破坏强度 N 2615
断裂模数 MPa 41
杀菌率 ％ 98.9

Claims (2)

1.一种纳米金刚石增强的陶瓷碗，其特征在于，由以下重量份的原料制成：硅藻土 24-38、天然海洋石 36-52、蓝方石 14-22、纳米金刚石 16-28、锂云母 24-38、氯化钙 4-7、高铁酸钠 5-9、聚乙烯吡咯烷酮10-15、蔗糖硬脂酸酯3-6、十二烷基硫酸钠2-3、羟乙基纤维素4-8、纳米抗菌粉6-12；
所述纳米抗菌粉的制备方法如下：（1）取以下重量份的原料：玉石粉4-8、贝壳粉 3-6、钛酸四丁酯10-15、无水乙醇 50-60、蒸馏水2-3、冰醋酸 8-12、硝酸银 4-6、硝酸铜 3-5；（2）将钛酸四丁酯与占醇总量55-65%的无水乙醇混合,磁力搅拌20-30min,得混合液A；（3）将蒸馏水、冰醋酸以及剩余的无水乙醇混合,磁力搅拌15-25min，得混合液B；（4）在磁力搅拌下, 将混合液B逐滴加入到混合液A中, 滴加完后加入玉石粉和贝壳粉，超声搅拌0.5-1h, 再在室温下静置24-48h，将得到的凝胶在70-80℃下干燥10-15h，研磨成粉末；（5）将上述所制得的粉末放入马弗炉中, 在450-550℃下热处理1-2h, 随炉冷却至常温, 粉碎，过筛即得所需的纳米抗菌粉。
2.一种如权利要求1所述的纳米金刚石增强的陶瓷碗的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）取硅藻土、天然海洋石、蓝方石、锂云母混合均匀，粉碎，过80-120目筛后浸泡于8-10倍量的25%过氧化氢水溶液中，浸泡1.5-2h，再用胶体磨在1500-2000r/min的转速下研磨15-20min，将研磨后的浆液在低于-20℃的温度下静置0.5-1h，再置于常温下超声波处理25-35min，过滤，洗涤干净，烘干，待用；
（2）取纳米金刚石、氯化钙 、高铁酸钠 与步骤（1）制得的粉体混合均匀，加适量的水打浆制成浓度为50-55%的浆液，紫外光照射1.5-2.5h，再加入余下原料，水浴加热至65-75℃，在1000-1500r/min的转速下研磨20-30min，然后将研磨后的浆料放入模具中通过真空压力注浆成型，成型压力为24-28MPa；
（3）将步骤（2）制得的生坯在50-60℃的温度下进行干燥，干燥至坯料含水量低于3%；
（4）将上述得到的干坯置于热等静压烧结炉内进行处理，以氮气作为加压介质，加压90-110MPa,升温至1170-1260℃,保温1-2h,随炉冷却至常温；
（5）对上述热等静压烧结后的干坯进行彩绘，再进行上釉，然后进行气氛压力烧结处理：首先在2-3MPa的N2气氛下升温至1040-1120℃，保温1-2h，再在真空气氛下降温至650-720℃，保温0.5-1h，然后在2-3MPa的H2气氛下升温至1240-1280℃，保温2-3h,再在真空气氛下降温至620-680℃,保温0.5-1h，随炉冷却常温，包装即得成品。
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