CN106587949A - 一种用于刀具的陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于刀具的陶瓷材料，由下列重量组份的各物质组成：氧化铝30‑50份、氧化锆20‑30份、氧化镁10‑15份、氧化钛5‑10份、三氧化二铬6‑12份、硅化镍5‑10份、碳化钽3‑7份、硼化铈2‑6份、竹碳纤维4‑8份、全氟辛基乙基甲基丙烯酸酯5‑12份、烷基磺酸钠15‑25份。本发明通过加入多种配方组分，提高陶瓷材料硬度、韧性和憎油性能，满足人们的需求。

Description

一种用于刀具的陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明属于陶瓷材料领域，特别涉及一种用于刀具的陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点，各种不同类型的陶瓷产品被广泛用于生活的各个方面。它可用作结构材料、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。日常烹饪过程中我们使用传统的金属刀，比较容易氧化生锈，形成异味或金属味；且由于表面有无数的毛细孔，切食材过程中汤汁残留于毛细孔中。
而陶瓷刀的锋利程度则高于一般常见钢刀的好几十倍，抗氧化性能相当好，相比其他的刀具产品，稳定性也非常高，因此在家庭厨房当中使用较多。而陶瓷刀则无毒、无污染、不氧化、不生锈、耐各种酸碱等有机物的腐蚀，切蔬菜或水果，不会产生异味。中国专利CN103304233A 中指出陶瓷刀按重量百分比计由以下成分组成：ZrO2和HfO2的混合物93-94wt％；Y2O3：5-6wt％；Al2O3：0.2-1wt％；其制备方法为：先通过干压成型制得刀坯；然后将刀坯在0.5℃/min的升温速度下升温至920-1080℃，保温2-4小时；接着在1.5℃/min的升温速度下升温至1380-1540℃，保温2-4小时；最后降温制得陶瓷刀。但是该陶瓷刀的抗弯强度仅仅只有1100MPa，且该陶瓷刀不具备良好的憎油性能，去除油渍不方便，无法满足人们对陶瓷刀越来越高的需求。
发明内容
针对上述缺陷，本发明的目的是提供一种用于刀具的陶瓷材料及其制备方法，通过加入多种配方组分，提高陶瓷材料硬度、韧性和憎油性能，满足人们的需求。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种用于刀具的陶瓷材料，由下列重量组份的各物质组成：氧化铝30-50份、氧化锆20-30份、氧化镁10-15份、氧化钛5-10份、三氧化二铬6-12份、硅化镍5-10份、碳化钽3-7份、硼化铈2-6份、竹碳纤维4-8份、全氟辛基乙基甲基丙烯酸酯5-12份、烷基磺酸钠15-25份。
进一步的，所述氧化铝35-45份、氧化锆25-30份、氧化镁12-14份、氧化钛6-9份、三氧化二铬7-11份、硅化镍7-10份、碳化钽4-6份、硼化铈3-5份、竹碳纤维5-8份、全氟辛基乙基甲基丙烯酸酯6-10份、烷基磺酸钠15-18份。
进一步的，所述氧化铝40份、氧化锆28份、氧化镁13份、氧化钛8份、三氧化二铬10份、硅化镍8份、碳化钽5份、硼化铈4份、竹碳纤维7份、全氟辛基乙基甲基丙烯酸酯8份、烷基磺酸钠16份。
一种用于刀具的陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：
S1：将氧化铝30-50份、氧化锆20-30份、氧化镁10-15份、氧化钛5-10份、三氧化二铬6-12份、硅化镍5-10份、碳化钽3-7份和硼化铈2-6份研磨至50-100目，并混合搅拌；
S2：随后送入马弗炉中以4-6℃/min升温至400-500℃下保温反应5-10min，再以8-10℃/min升温至在950-1100℃温度下保温反应1-2h，得物料A；
S3：将竹碳纤维4-8份加入烷基磺酸钠15-25份中，在温度85-90℃下搅拌反应20-30min；再步骤S2中物料A加入，升高温度至100-110℃，搅拌反应15-20min；随后加入全氟辛基乙基甲基丙烯酸酯5-12份，浸渍反应1-2h；
S4：将步骤S3中反应产物放入马弗炉中，在350-450℃下焙烧反应25-30min，待反应冷却后即可得到所述用于刀具的陶瓷材料。
进一步的，步骤S1中研磨至60-80目。
进一步的，步骤S2中以5℃/min升温至450℃下保温反应10min，再以9℃/min升温至在1000℃温度下保温反应1.5h.
进一步的，步骤S3中在温度85℃下搅拌反应25min；再步骤S2中物料A加入，升高温度至105℃，搅拌反应18min；随后加入全氟辛基乙基甲基丙烯酸酯10份，浸渍反应2h。
进一步的，步骤S4中在400℃下焙烧反应28min。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
本发明所述一种用于刀具的陶瓷材料的制备方法，在原有基础上加入三氧化二铬、碳化钽、硼化铈以提高陶瓷材料的机械性能，加入竹碳纤维、烷基磺酸钠和全氟辛基乙基甲基丙烯酸酯提高其韧性和憎油性能，使该陶瓷材料制备得到的刀具硬度和韧度合适，且憎油性能优异。该陶瓷材料的硬度为85-95HRC，ak值为0.45-0.52J/cm2，憎油率可达85-92%。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
S1：将氧化铝30份、氧化锆20份、氧化镁10份、氧化钛5份、三氧化二铬6份、硅化镍5份、碳化钽3份和硼化铈2份研磨至50目，并混合搅拌；
S2：随后送入马弗炉中以4℃/min升温至400℃下保温反应5min，再以8℃/min升温至在950℃温度下保温反应1h，得物料A；
S3：将竹碳纤维4份加入烷基磺酸钠15份中，在温度85℃下搅拌反应20min；再步骤S2中物料A加入，升高温度至100℃，搅拌反应15min；随后加入全氟辛基乙基甲基丙烯酸酯5份，浸渍反应1h；
S4：将步骤S3中反应产物放入马弗炉中，在350℃下焙烧反应25min，待反应冷却后即可得到所述用于刀具的陶瓷材料。
对上述制备得到的陶瓷材料性能检测，结果如下：该陶瓷材料的硬度为85HRC，ak值为0.45J/cm2，憎油率可达85%。
对比例1
S1：将氧化铝30份、氧化锆20份、氧化镁10份、氧化钛5份、硅化镍5份研磨至50目，并混合搅拌；
S2：随后送入马弗炉中以4℃/min升温至400℃下保温反应5min，再以8℃/min升温至在950℃温度下保温反应1h，得物料A；
S3：将步骤S2中物料A放入马弗炉中，在350℃下焙烧反应25min，待反应冷却后即可得到陶瓷材料。
对上述制备得到的陶瓷材料性能检测，结果如下：该陶瓷材料的硬度为65HRC，ak值为0.25J/cm2，憎油率仅为35%。
实施例2
S1：将氧化铝50份、氧化锆30份、氧化镁15份、氧化钛10份、三氧化二铬12份、硅化镍10份、碳化钽7份和硼化铈6份研磨至100目，并混合搅拌；
S2：随后送入马弗炉中以6℃/min升温至500℃下保温反应10min，再以10℃/min升温至在1100℃温度下保温反应2h，得物料A；
S3：将竹碳纤维8份加入烷基磺酸钠25份中，在温度90℃下搅拌反应30min；再步骤S2中物料A加入，升高温度至110℃，搅拌反应20min；随后加入全氟辛基乙基甲基丙烯酸酯12份，浸渍反应2h；
S4：将步骤S3中反应产物放入马弗炉中，在450℃下焙烧反应30min，待反应冷却后即可得到所述用于刀具的陶瓷材料。
对上述制备得到的陶瓷材料性能检测，结果如下：该陶瓷材料的硬度为88HRC，ak值为0.47J/cm2，憎油率可达87%。
对比例2
S1：将氧化铝50份、氧化锆30份、氧化镁15份、氧化钛10份、硅化镍10份研磨至100目，并混合搅拌；
S2：随后送入马弗炉中以6℃/min升温至500℃下保温反应10min，再以10℃/min升温至在1100℃温度下保温反应2h，得物料A；
S3：将步骤S2中物料A放入马弗炉中，在450℃下焙烧反应30min，待反应冷却后即可得到陶瓷材料。
对上述制备得到的陶瓷材料性能检测，结果如下：该陶瓷材料的硬度为68HRC，ak值为0.29J/cm2，憎油率仅为40%。
实施例3
S1：将氧化铝35份、氧化锆25份、氧化镁12份、氧化钛6份、三氧化二铬7份、硅化镍7份、碳化钽4份和硼化铈3份研磨至60目，并混合搅拌；
S2：随后送入马弗炉中以4℃/min升温至450℃下保温反应5min，再以10℃/min升温至在950℃温度下保温反应1h，得物料A；
S3：将竹碳纤维5份加入烷基磺酸钠15份中，在温度85℃下搅拌反应20min；再步骤S2中物料A加入，升高温度至100℃，搅拌反应15min；随后加入全氟辛基乙基甲基丙烯酸酯10份，浸渍反应1h；
S4：将步骤S3中反应产物放入马弗炉中，在350℃下焙烧反应25min，待反应冷却后即可得到所述用于刀具的陶瓷材料。
对上述制备得到的陶瓷材料性能检测，结果如下：该陶瓷材料的硬度为90HRC，ak值为0.48J/cm2，憎油率可达89%。
实施例4
S1：将氧化铝45份、氧化锆30份、氧化镁14份、氧化钛9份、三氧化二铬11份、硅化镍10份、碳化钽6份和硼化铈5份研磨至80目，并混合搅拌；
S2：随后送入马弗炉中以6℃/min升温至500℃下保温反应10min，再以8℃/min升温至在1100℃温度下保温反应2h，得物料A；
S3：将竹碳纤维8份加入烷基磺酸钠18份中，在温度90℃下搅拌反应30min；再步骤S2中物料A加入，升高温度至110℃，搅拌反应20min；随后加入全氟辛基乙基甲基丙烯酸酯6份，浸渍反应2h；
S4：将步骤S3中反应产物放入马弗炉中，在450℃下焙烧反应30min，待反应冷却后即可得到所述用于刀具的陶瓷材料。
对上述制备得到的陶瓷材料性能检测，结果如下：该陶瓷材料的硬度为92HRC，ak值为0.50J/cm2，憎油率可达90%。
实施例5
S1：将氧化铝40份、氧化锆28份、氧化镁13份、氧化钛8份、三氧化二铬10份、硅化镍8份、碳化钽5份和硼化铈4份研磨至75目，并混合搅拌；
S2：随后送入马弗炉中以5℃/min升温至450℃下保温反应10min，再以9℃/min升温至在1000℃温度下保温反应1.5h，得物料A；
S3：将竹碳纤维7份加入烷基磺酸钠16份中，在温度85℃下搅拌反应25min；再步骤S2中物料A加入，升高温度至105℃，搅拌反应18min；随后加入全氟辛基乙基甲基丙烯酸酯10份，浸渍反应2h；
S4：将步骤S3中反应产物放入马弗炉中，在400℃下焙烧反应28min，待反应冷却后即可得到所述用于刀具的陶瓷材料。
对上述制备得到的陶瓷材料性能检测，结果如下：该陶瓷材料的硬度为95HRC，ak值为0.52J/cm2，憎油率可达92%。
本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于刀具的陶瓷材料，其特征在于，由下列重量组份的各物质组成：氧化铝30-50份、氧化锆20-30份、氧化镁10-15份、氧化钛5-10份、三氧化二铬6-12份、硅化镍5-10份、碳化钽3-7份、硼化铈2-6份、竹碳纤维4-8份、全氟辛基乙基甲基丙烯酸酯5-12份、烷基磺酸钠15-25份。
2.根据权利要求1所述的一种用于刀具的陶瓷材料，其特征在于，所述氧化铝35-45份、氧化锆25-30份、氧化镁12-14份、氧化钛6-9份、三氧化二铬7-11份、硅化镍7-10份、碳化钽4-6份、硼化铈3-5份、竹碳纤维5-8份、全氟辛基乙基甲基丙烯酸酯6-10份、烷基磺酸钠15-18份。
3.根据权利要求2所述的一种用于刀具的陶瓷材料，其特征在于，所述氧化铝40份、氧化锆28份、氧化镁13份、氧化钛8份、三氧化二铬10份、硅化镍8份、碳化钽5份、硼化铈4份、竹碳纤维7份、全氟辛基乙基甲基丙烯酸酯8份、烷基磺酸钠16份。
4.一种用于刀具的陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将氧化铝30-50份、氧化锆20-30份、氧化镁10-15份、氧化钛5-10份、三氧化二铬6-12份、硅化镍5-10份、碳化钽3-7份和硼化铈2-6份研磨至50-100目，并混合搅拌；
S2：随后送入马弗炉中以4-6℃/min升温至400-500℃下保温反应5-10min，再以8-10℃/min升温至在950-1100℃温度下保温反应1-2h，得物料A；
S3：将竹碳纤维4-8份加入烷基磺酸钠15-25份中，在温度85-90℃下搅拌反应20-30min；再步骤S2中物料A加入，升高温度至100-110℃，搅拌反应15-20min；随后加入全氟辛基乙基甲基丙烯酸酯5-12份，浸渍反应1-2h；
S4：将步骤S3中反应产物放入马弗炉中，在350-450℃下焙烧反应25-30min，待反应冷却后即可得到所述用于刀具的陶瓷材料。
5.根据权利要求4所述的一种用于刀具的陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中研磨至60-80目。
6.根据权利要求4所述的一种用于刀具的陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中以5℃/min升温至450℃下保温反应10min，再以9℃/min升温至在1000℃温度下保温反应1.5h。
7.根据权利要求4所述的一种用于刀具的陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中在温度85℃下搅拌反应25min；再步骤S2中物料A加入，升高温度至105℃，搅拌反应18min；随后加入全氟辛基乙基甲基丙烯酸酯10份，浸渍反应2h。
8.根据权利要求4所述的一种用于刀具的陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中在400℃下焙烧反应28min。
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