CN109437891A - 一种氧化锆陶瓷手术刀片的成型加工方法 - Google Patents

一种氧化锆陶瓷手术刀片的成型加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氧化锆陶瓷手术刀片的成型加工方法，该方法包括以下步骤：（1）将纳米氧化锆粉体、分散剂、溶剂分散球磨，再加入塑化剂、黏结剂球磨，再除泡，得浆料；（2）将所得浆料经由滤布过滤得均匀浆料；（3）将所得浆料流延成型和干燥剥离，得坯片；（4）将所得坯片切割，然后将坯片叠层进行温等静压，获得多层一体的坯片；（5）将所得坯片冲切，然后将刀具坯片置于开刃夹具中，使用刀片切削得带有粗刃的刀坯；（6）将所得刀坯置于1450‑1500℃中进行给压烧结，制得待精磨的刀具；（7）对所得刀具进行精磨加工。本发明制得的刀具致密度高、硬度强度高、刃口锋利度高，并且磨刃崩刃概率低，大大提高了成品率。

Description

一种氧化锆陶瓷手术刀片的成型加工方法
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，涉及一种陶瓷手术刀片的成型加工方法，尤其是一种氧化锆陶瓷手术刀的成型加工方法。
背景技术
手术刀是医疗领域中一种非常重要的外科手术工具，其为人类的健康事业提供了强有力的保障作用。目前临床上常用的手术刀片大多数都是采用碳钢材料制成，虽然这种手术刀基本可以完成手术切割，但是存在许多金属材料的缺点，如生物相容性差、易生锈、表面粗糙、表面带电荷、锋利度差等，这些问题易引起手术切口炎性反应强烈，影响切口愈合。并且随着术中磁共振在临床上的广泛使用，在磁场下手术需要采用非金属器械，因此陶瓷手术刀的应用需求急剧上升。
氧化锆材料具有良好的物化性能，比如高强度硬度、良好的生物相容性、不积累电荷、耐腐蚀、耐磨等，决定了氧化锆陶瓷手术刀具备锋利度高、无磁无静电、寿命长、精度高的优点，使得氧化锆陶瓷手术刀在刀具领域占有一席之地。但由于氧化锆陶瓷硬度高、韧性差，因此加工难度大、刃口磨削时极易发生崩刃，传统的成型加工方法难以满足工厂生产的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种烧结良品率高的氧化锆陶瓷手术刀片的成型方法。
本发明进一步要解决的技术问题是提供一种减少磨刃崩刃概率的开刃加工方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种氧化锆陶瓷手术刀片的成型加工方法，包括以下步骤：
（1）浆料制备：将纳米氧化锆粉体、分散剂、溶剂分散球磨，再加入塑化剂、黏结剂球磨，取出球磨浆料后除泡，制得流延浆料；
（2）浆料过滤：将步骤（1）所得浆料经由滤布过滤除去团聚颗粒获得均匀浆料，减少流延成型缺陷；
（3）流延成型：将步骤（2）所得浆料在流延设备上进行流延成型和干燥剥离，得坯片；
（4）叠层温等静压：将步骤（3）所得坯片切割，然后将坯片叠层置于恒温恒压的液体中进行温等静压，获得多层一体的坯片，可减少烧结后磨削加工量，并大大降低磨刃崩刃概率；
（5）冲切成型和切削粗刃：将步骤（4）所得坯片通过模具冲切成刀具尺寸，然后将刀具坯片置于开刃夹具中，使用刀片切削得到带有粗刃的刀坯；
（6）烧结成型：将步骤（5）所得刀坯置于1450-1500℃的高温电阻炉中进行给压烧结，制得待精磨的刀具；
（7）精磨加工：对步骤（6）所得刀具进行外观的检查和尺寸的测量，筛选合格后进行精磨加工。
优选的，步骤（1）中，所述分散剂为三乙醇胺（TEA），所述溶剂为甲基乙基酮（MEK）和乙醇（EtOH），所述塑化剂为聚乙二醇（PEG）和邻苯二甲酸二丁酯（DBP），所述黏结剂为聚乙烯醇缩丁醛（PVB）。
优选的，步骤（1）中，将纳米氧化锆粉体、分散剂、溶剂分散球磨24-36小时后，再加入塑化剂、黏结剂球磨12小时，球磨机的转速为200r/min（磨出的浆料分散均匀）；所述除泡是放置在真空除泡机中除泡8分钟；所述流延浆料的黏度为12000-15000MPa·s。
优选的，步骤（2）中，所述滤布采用10μm氟橡胶，可滤去团聚颗粒获得颗粒均匀的浆料，减少流延成型缺陷，提高浆料的成型质量。
优选的，步骤（3）中，所述流延的速度为20-30mm/min，可控制流延坯片的厚度为0.15-0.35mm，也有利于干燥。
优选的，步骤（4）中，所述温等静压的温度为60-80℃，压强为40MPa，可使多层坯片良好的结合为一体，烧结不易分层。
优选的，步骤（4）中，所述多层一体的坯片的厚度为1.1-1.25mm。
优选的，步骤（5）中，粗刃两面夹角为26±0.5°，刃尖厚度为0.5±0.05mm，减少了烧结后磨削加工量，也可大大降低磨刃崩刃概率。
优选的，步骤（5）中，所述刀片的锋利度为0.5N。
优选的，步骤（6）中，给压烧结的升温速率为0.5-2℃/min，有利于充分排胶，可使刀具致密度达97.8%以上，强度硬度高，开刃锋利度高（达到0.5N）。
优选的，步骤（6）中，给压烧结的降温速率为5℃/min；所述给压烧结的保温时间为2小时。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明制得的刀具致密度高、硬度强度高、刃口锋利度高。
2、本发明将未烧结刀具坯片置于开刃夹具中进行开刃，明显降低烧结后磨刃崩刃概率，大大提高了成品率。
附图说明
图1是实施例4所用氧化锆陶瓷粉末的500倍放大扫描电镜图。
图2是实施例4所得氧化锆陶瓷粉末的5000倍放大扫描电镜图。
图3是实施例4所得氧化锆陶瓷手术刀片烧结体的5000倍放大扫描电镜图。
具体实施方式
以下结合实例与附图对本发明的实施方式作进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种氧化锆陶瓷手术刀片的成型加工方法，包括依次执行的以下步骤：
（1）浆料制备：将氧化锆粉体（52wt%）倒于分散剂（1.5wt%）、溶剂（35.4wt%）按照比例调制的尼龙球磨罐中分散球磨24小时后，再加入塑化剂（6.1wt%）、黏结剂（5wt%）球磨12小时，球磨机转速为200 r/min，取出球磨浆料放置在真空除泡机中除泡8分钟，制得黏度为15000MPa·s的分散均匀的流延浆料。所述分散剂为三乙醇胺，所述溶剂为甲基乙基酮和乙醇（质量比为2：3），所述塑化剂为聚乙二醇和邻苯二甲酸二丁酯（体积比为1：2），所述黏结剂为聚乙烯醇缩丁醛。
（2）浆料过滤：将所述浆料经由10μm氟橡胶滤布过滤，滤去团聚颗粒获得均匀浆料，减少流延成型缺陷，提高浆料的成型质量。
（3）流延成型：将所述浆料在流延设备上以30mm/min的流延速度进行流延成型，并进行干燥剥离，流延坯片厚度为0.15±0.01mm，有利于干燥。
（4）叠层温等静压：将所述坯片切成一定尺寸，然后分别将9层坯片叠层置于80℃、40MPa的液压油中进行温等静压，依次获得1.2±0.02mm的多层一体的坯片，烧结不易分层。
（5）冲切成型和切削粗刃：将所述坯片通过模具冲切成刀具尺寸，然后将刀具坯片置于开刃夹具中，使用锋利度为0.5N的刀片切削得到带有粗刃的刀坯，粗刃两面夹角为26±0.5°，刃尖厚度为0.5±0.05mm，减少了烧结后磨削加工量，也可大大降低磨刃崩刃概率。
（6）烧结成型：将所述刀坯置于1450℃的高温电阻炉中进行给压烧结，保温2小时后制得待精磨的刀具，升温速率为：0-600℃为0.5℃/min、600-1450℃为2℃/min，有利于充分排胶，可使刀具致密度达98.2%以上，强度硬度高，开刃锋利度高。
（7）筛选精磨：对所述刀具进行外观的检查和尺寸的测量，筛选合格后进行精磨加工。
实施例2
一种氧化锆陶瓷手术刀片的成型加工方法，包括依次执行的以下步骤：
（1）浆料制备：将氧化锆粉体（52wt%）倒于分散剂（1.5wt%）、溶剂（35.4wt%）按照比例调制的尼龙球磨罐中分散球磨36小时后，再加入塑化剂（6.1wt%）、黏结剂（5wt%）球磨12小时，球磨机转速为200r/min，取出球磨浆料放置在真空除泡机中除泡8分钟，制得黏度为12000MPa·s的分散均匀的流延浆料。所述分散剂为三乙醇胺，所述溶剂为甲基乙基酮和乙醇（质量比为2：3），所述塑化剂为聚乙二醇和邻苯二甲酸二丁酯（体积比为1：2），所述黏结剂为聚乙烯醇缩丁醛。
（2）浆料过滤：将所述浆料经由10μm氟橡胶滤布过滤，滤去团聚颗粒获得均匀浆料，减少流延成型缺陷，提高浆料的成型质量。
（3）流延成型：将所述浆料在流延设备上以20mm/min的流延速度进行流延成型，并进行干燥剥离，流延坯片厚度为0.35±0.02mm，有利于干燥。
（4）叠层温等静压：将所述坯片切成一定尺寸，然后分别将4层坯片叠层置于60℃、40MPa的液体中进行温等静压，依次获得1.25±0.02mm的多层一体的坯片，烧结不易分层。
（5）冲切成型和切削粗刃：将所述坯片通过模具冲切成刀具尺寸，然后将刀具坯片置于开刃夹具中，使用锋利度为0.5N的刀片切削得到带有粗刃的刀坯，粗刃两面夹角为26±0.5°，刃尖厚度为0.5±0.05mm，减少了烧结后磨削加工量，也可大大降低磨刃崩刃概率。
（6）烧结成型：将所述刀坯置于1450℃的高温电阻炉中进行给压烧结，保温2小时后制得待精磨的刀具，，升温速率为：0-600℃为0.5℃/min、600-1450℃为2℃/min，有利于充分排胶，可使刀具致密度达97.8%以上，强度硬度高，开刃锋利度高。
（7）筛选精磨：对所述刀具进行外观的检查和尺寸的测量，筛选合格后进行精磨加工。
实施例3
一种氧化锆陶瓷手术刀片的成型加工方法，包括依次执行的以下步骤：
（1）浆料制备：将氧化锆粉体（52wt%）倒于分散剂（1.5wt%）、溶剂（35.4wt%）按照比例调制的尼龙球磨罐中分散球磨30小时后，再加入塑化剂（6.1wt%）、黏结剂（5wt%）球磨12小时，球磨机转速为200 r/min，取出球磨浆料放置在真空除泡机中除泡8分钟，制得黏度为13000MPa·s的分散均匀的流延浆料。所述分散剂为三乙醇胺，所述溶剂为甲基乙基酮和乙醇（质量比为2：3），所述塑化剂为聚乙二醇和邻苯二甲酸二丁酯（体积比为1：2），所述黏结剂为聚乙烯醇缩丁醛。
（2）浆料过滤：将所述浆料经由10μm氟橡胶滤布过滤，滤去团聚颗粒获得均匀浆料，减少流延成型缺陷，提高浆料的成型质量。
（3）流延成型：将所述浆料在流延设备上以25mm/min的流延速度进行流延成型，并进行干燥剥离，流延坯片厚度为0.25±0.01mm，有利于干燥。
（4）叠层温等静压：将所述坯片切成一定尺寸，然后分别将5层坯片叠层置于70℃、40MPa的液体中进行温等静压，依次获得1.1±0.02mm的多层一体的坯片，烧结不易分层。
（5）冲切成型和切削粗刃：将所述坯片通过模具冲切成刀具尺寸，然后将刀具坯片置于开刃夹具中，使用锋利度为0.5N的刀片切削得到带有粗刃的刀坯，粗刃两面夹角为26±0.5°，刃尖厚度为0.5±0.05mm，减少了烧结后磨削加工量，也可大大降低磨刃崩刃概率。
（6）烧结成型：将所述刀坯置于1500℃的高温电阻炉中进行给压烧结，保温2小时后制得待精磨的刀具，升温速率为：0-600℃为0.5℃/min、600-1450℃为2℃/min，有利于充分排胶，可使刀具致密度达98.2%以上，强度硬度高，开刃锋利度高。
（7）筛选精磨：对所述刀具进行外观的检查和尺寸的测量，筛选合格后进行精磨加工。
实施例4
一种氧化锆陶瓷手术刀片的成型加工方法，包括依次执行的以下步骤：
（1）浆料制备：将氧化锆粉体（52wt%）倒于分散剂（1.5wt%）、溶剂（35.4wt%）按照比例调制的尼龙球磨罐中分散球磨24小时后，再加入塑化剂（6.1wt%）、黏结剂（5wt%）球磨12小时，球磨机转速为200 r/min，取出球磨浆料放置在真空除泡机中除泡8分钟，制得黏度为15000MPa·s的分散均匀的流延浆料。所述分散剂为三乙醇胺，所述溶剂为甲基乙基酮和乙醇（质量比为2：3），所述塑化剂为聚乙二醇和邻苯二甲酸二丁酯（体积比为1：2），所述黏结剂为聚乙烯醇缩丁醛。在500倍SEM下观察，原始氧化锆粉体存在团聚现象，但总体尺寸在微米级别，如图1所示。在5000倍SEM下观察，原始氧化锆粉体平均粒径大小为2-5μm，如图2所示。
（2）浆料过滤：将所述浆料经由10μm氟橡胶滤布过滤，滤去团聚颗粒获得均匀浆料，减少流延成型缺陷，提高浆料的成型质量。
（3）流延成型：将所述浆料在流延设备上以30mm/min的流延速度进行流延成型，并进行干燥剥离，流延坯片厚度为0.15±0.01mm，有利于干燥。
（4）叠层温等静压：将所述坯片切成一定尺寸，然后分别将9层坯片叠层置于60℃、40MPa的液体中进行温等静压，依次获得1.2±0.02mm的多层一体的坯片，烧结不易分层。
（5）冲切成型和切削粗刃：将所述坯片通过模具冲切成刀具尺寸，然后将刀具坯片置于开刃夹具中，使用锋利度为0.5N的刀片切削得到带有粗刃的刀坯，粗刃两面夹角为26±0.5°，刃尖厚度为0.5±0.05mm，减少了烧结后磨削加工量，也可大大降低磨刃崩刃概率。
（6）烧结成型：将所述刀坯置于1500℃的高温电阻炉中进行给压烧结，保温2小时后制得待精磨的刀具，升温速率为：0-600℃为0.5℃/min、600-1450℃为2℃/min，有利于充分排胶，可使刀具致密度达98.5%以上，强度硬度高，开刃锋利度高。在5000倍SEM下观察，烧结后的陶瓷刀具显微组织结构致密，晶粒大小均匀，如图3所示。
（7）筛选精磨：对所述刀具进行外观的检查和尺寸的测量，筛选合格后进行精磨加工。
所述氧化锆陶瓷手术刀磨刃工艺包括以下步骤：
1）粗磨氧化锆陶瓷手术刀片两侧面，减薄到0.9mm。
2）精磨氧化锆陶瓷手术刀片刃口，两侧合格，采用手术刀片刃口锋利度测定仪测量开刃锋利度，要求小于0.5N。
3）精磨氧化锆陶瓷手术刀片两侧面，减薄到0.8mm。
4）抛光氧化锆陶瓷手术刀片，采用干涉法测量切削面刃的表面粗糙度，要求小于0.8μm。
本发明应用于一种氧化锆陶瓷手术刀的成型加工方法的技术领域。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种氧化锆陶瓷手术刀片的成型加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）浆料制备：将纳米氧化锆粉体、分散剂、溶剂分散球磨，再加入塑化剂、黏结剂球磨，取出球磨浆料后除泡，制得流延浆料；
（2）浆料过滤：将步骤（1）所得浆料经由滤布过滤除去团聚颗粒获得均匀浆料；
（3）流延成型：将步骤（2）所得浆料在流延设备上进行流延成型和干燥剥离，得坯片；
（4）叠层温等静压：将步骤（3）所得坯片切割，然后将坯片叠层置于恒温恒压的液体中进行温等静压，获得多层一体的坯片；
（5）冲切成型和切削粗刃：将步骤（4）所得坯片通过模具冲切成刀具尺寸，然后将刀具坯片置于开刃夹具中，使用刀片切削得到带有粗刃的刀坯；
（6）烧结成型：将步骤（5）所得刀坯置于1450-1500℃的高温电阻炉中进行给压烧结，制得待精磨的刀具；
（7）精磨加工：对步骤（6）所得刀具进行精磨加工。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述分散剂为三乙醇胺，所述溶剂为甲基乙基酮和乙醇，所述塑化剂为聚乙二醇和邻苯二甲酸二丁酯，所述黏结剂为聚乙烯醇缩丁醛。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，将纳米氧化锆粉体、分散剂、溶剂分散球磨24-36小时后，再加入塑化剂、黏结剂球磨12小时，球磨机的转速为200r/min；所述除泡是放置在真空除泡机中除泡8分钟；所述流延浆料的黏度为12000-15000MPa·s。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述滤布采用10μm氟橡胶。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述流延的速度为20-30mm/min；流延后坯片厚度为0.15-0.35mm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）中，所述温等静压的温度为60-80℃，压强为40MPa。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）中，所述多层一体的坯片的厚度为1.1-1.25mm。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（5）中，粗刃两面夹角为26±0.5°，刃尖厚度为0.5±0.05mm。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（5）中，所述刀片的锋利度为0.5N。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（6）中，给压烧结的升温速率为0.5-2℃/min，降温速率为5℃/min；所述给压烧结的保温时间为2小时。
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