CN110330340A - 一种陶瓷-石墨复合材料炊具及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

一种陶瓷‑石墨复合材料炊具，所述炊具是由陶瓷粉和石墨粉组成的混合粉剂与外加剂混合后采用粉末冶金工艺制备而成，其中，按照重量百分比，所述陶瓷粉和石墨粉的混合粉剂含量为93‑97%，外加剂的含量为3‑7%，陶瓷粉和石墨粉的混合粉剂中，所述陶瓷粉占比为75‑90%，所述石墨粉的占比为10‑25%，所述外加剂为铝基复合粘接剂。本发明的炊具兼具陶瓷的强硬度与石墨材质的优良性能，其综合性能远远优于传统的陶瓷炊具与单一的石墨炊具，其不但能够满足金属器械的触碰，还具有一定的塑韧性与强度，不易碎裂。

Description

一种陶瓷-石墨复合材料炊具及其制备工艺
技术领域
本发明涉及石墨炊具技术领域，具体为一种陶瓷-石墨复合材料炊具及其制备工艺。
背景技术
石墨具有高导热、传热快、受热均匀、节约燃料，因此采用石墨制成的烤盘，锅等加热快，而且烧制的食物受热均匀，从里往外熟，加热时间短，不仅味道纯正，而且能锁住食物本来的养分。此外石墨还具有化学稳定性和抗侵蚀能力，以及健康环保，无放射性污染，耐高温等特点。因此，特别适合制备一些炊具，比如饭煲、压力锅内胆，烤盘面板，炒锅等等。而石墨制成品具有塑形韧性差，抗弯曲强度低等缺点，导致了石墨制品在使用过程中易造成摔碎、磕伤等致命性伤害，诸如炒锅，金属的锅铲很容易与石墨炒锅触碰而对石墨炒锅表面造成伤害，其使用寿命显著的缩短，限制了石墨锅具或炊具向高端的电饭煲、电压力锅、煎烤机等的应用。此外，石墨炊具较差的塑韧性与较低的强度导致其很容易由于意外而破碎。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提出一种陶瓷-石墨复合材料炊具，该炊具兼具陶瓷的强硬度与石墨材质的优良性能，其综合性能远远优于传统的陶瓷炊具与单一的石墨炊具，其不但能够满足金属器械的触碰，还具有一定的塑韧性与强度，不易碎裂。
本发明的另一目的是提出一种陶瓷-石墨复合材料炊具的制备工艺。
本发明为了解决上述问题所采取的技术方案为：一种陶瓷-石墨复合材料炊具，所述炊具是由陶瓷粉和石墨粉组成的混合粉剂与外加剂混合后采用粉末冶金工艺制备而成，其中，按照重量百分比，所述陶瓷粉和石墨粉的混合粉剂含量为93-97%，外加剂的含量为3-7%，陶瓷粉和石墨粉的混合粉剂中，所述陶瓷粉占比为75-90%，所述石墨粉的占比为10-25%，所述外加剂为铝基复合粘接剂。
进一步的，按照重量份数，所述陶瓷粉包括30-50份碳化锆微粉、20-25份石英粉、16-20份滑石粉、10-15份钾长石份和3-5份硼酸粉，所述陶瓷粉和石墨粉组成的混合粉剂的粒径在30-150目之间。
进一步的，按照重量份数，所述铝基复合粘接剂是由8-10份有机硅树脂，30-35份纯铝粉和0.5-1.5份炭纤维混合而成，其制备方法是：将铝粉和碳纤维混合均匀，在140℃下干燥2小时，然后研磨1小时，过筛制得固体混合物；将有机硅树脂与丙酮按照1:1体积比混合后，加入1-2份硅烷偶联剂，在80℃水浴加热1小时制成液态混合物；将固体混合物和液态混合物混合、搅拌均匀，得到铝基复合粘接剂；其中，所述固体混合物的粒径在100-200目之间，所述有机硅树脂是聚有机硅氧烷。
进一步的，所述陶瓷粉和石墨粉的混合粉剂还添加有0.5-1%的碳酸银。
一种陶瓷-石墨复合材料炊具的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一、将陶瓷粉和石墨粉组成的混合粉剂采用不同型号的筛网逐级进行筛选，分别筛选出粒径为150目的混合粉剂和粒径为30目的混合粉剂；
步骤二、将筛选出的150目的混合粉剂和30目的混合粉剂按照1:8的比例均匀混合，而后将外加剂均匀混合添加在混合粉剂中，得到成型原料；
步骤三、将成型原料填充到热模具中加压并保温成型，得到炊具的粗坯；
步骤四、将粗坯置于真空烧结炉内进行烧结；
步骤五、随炉冷却至室温后取出，得到成品炊具。
进一步的，所述步骤三中，热模具的温度为140-160摄氏度，加载压力为100-150T，保温时间为10-20分钟。
进一步的，所述步骤四中，烧结温度为1100-1400摄氏度，保温时间为3-5天。
进一步的，所述步骤二中制得的成型原料烧结前后的收缩比为1.2。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明所述的一种陶瓷-石墨复合材料炊具，采用陶瓷粉和石墨粉复合而成，兼具陶瓷材料和石墨材料的特点，即具有较强的强度与较佳的塑韧性，同时还能够保留石墨材料作为炊具使用时，具备的优良的导电、导热和导磁的特点，同时，还能够保留单纯的石墨炊具的特点，如石墨炊具利用碳材质在受热时，碳会放射出对人体有益的远红外线的原理，施加于食材之上，能使其蕴含的营养、美味，得到更充分的释放；同时，碳材质卓越的导磁性和导热性，以及耐急冷急热的特性，在适应各种加热方式的同时，也给使用者带来超有趣、颠覆性的烹饪体验。因此，陶瓷-石墨复合材料制备的炊具解决的传统石墨炊具强度不够、塑韧性差的问题，另一方面，也优化丰富了传统的陶瓷炊具的功效。
本发明中，采用铝基复合粘接剂能够将陶瓷粉和石墨粉均匀的混合为有机的整体，粉末冶金的高温烧结下，铝基复合粘接剂中的纯铝粉能够在陶瓷粉和石墨粉之间起到“桥梁”的联结效果，使高温烧结后的陶瓷-石墨形成金属陶瓷，已实现材料性能的质的提高。
另外，陶瓷粉和石墨粉组成的混合粉剂采用粒径不同的颗粒粉剂混合，在150目左右的细颗粒粉剂中掺杂少量的粒径在30目左右的大颗粒粉剂，高温烧结下，相对大的颗粒粉剂能够起到“骨架”的作用，提高整体的强度，且陶瓷粉和石墨粉的混合粉剂中，陶瓷粉占据大部分，石墨粉的量不超过25%，以避免高温下陶瓷粉和石墨粉之间因收缩比的差异而出现无法熔融一体或者炸裂的问题。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步地详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1：
一种陶瓷-石墨复合材料炊具，所述炊具是由陶瓷粉和石墨粉组成的混合粉剂与外加剂混合后采用粉末冶金工艺制备而成，其中，按照重量百分比，所述陶瓷粉和石墨粉的混合粉剂含量为93%，外加剂的含量为7%，陶瓷粉和石墨粉的混合粉剂中，所述陶瓷粉占比为75%，所述石墨粉的占比为25%，所述外加剂为铝基复合粘接剂。
本发明中，按照重量份数，所述陶瓷粉包括30份碳化锆微粉、20份石英粉、16份滑石粉、10份钾长石份和3份硼酸粉，所述陶瓷粉和石墨粉组成的混合粉剂的粒径在30-150目之间。
本发明中，按照重量份数，所述铝基复合粘接剂是由8份有机硅树脂，30份纯铝粉和0.5份炭纤维混合而成，其制备方法是：将铝粉和碳纤维混合均匀，在140℃下干燥2小时，然后研磨1小时，过筛制得固体混合物；将有机硅树脂与丙酮按照1:1体积比混合后，加入1份硅烷偶联剂，在80℃水浴加热1小时制成液态混合物；将固体混合物和液态混合物混合、搅拌均匀，得到铝基复合粘接剂；其中，所述固体混合物的粒径在100-200目之间，所述有机硅树脂是聚有机硅氧烷。
本发明中，所述陶瓷粉和石墨粉的混合粉剂还添加有0.5%的碳酸银。
一种陶瓷-石墨复合材料炊具的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一、将陶瓷粉和石墨粉组成的混合粉剂采用不同型号的筛网逐级进行筛选，分别筛选出粒径为150目的混合粉剂和粒径为30目的混合粉剂；
步骤二、将筛选出的150目的混合粉剂和30目的混合粉剂按照8:1的比例均匀混合，而后将外加剂均匀混合添加在混合粉剂中，得到成型原料；
步骤三、将成型原料填充到热模具中加压并保温成型，得到炊具的粗坯；
步骤四、将粗坯置于真空烧结炉内进行烧结；
步骤五、随炉冷却至室温后取出，得到成品炊具。
本发明中，所述步骤三中，热模具的温度为140摄氏度，加载压力为100T，保温时间为10分钟。
本发明中，所述步骤四中，烧结温度为1100摄氏度，保温时间为5天。
本发明中，所述步骤二中制得的成型原料烧结前后的收缩比为1.2。
实施例2：
一种陶瓷-石墨复合材料炊具，所述炊具是由陶瓷粉和石墨粉组成的混合粉剂与外加剂混合后采用粉末冶金工艺制备而成，其中，按照重量百分比，所述陶瓷粉和石墨粉的混合粉剂含量为97%，外加剂的含量为3%，陶瓷粉和石墨粉的混合粉剂中，所述陶瓷粉占比为90%，所述石墨粉的占比为10%，所述外加剂为铝基复合粘接剂。
本发明中，按照重量份数，所述陶瓷粉包括50份碳化锆微粉、25份石英粉、20份滑石粉、15份钾长石份和5份硼酸粉，所述陶瓷粉和石墨粉组成的混合粉剂的粒径在30-150目之间。
本发明中，按照重量份数，所述铝基复合粘接剂是由10份有机硅树脂， 35份纯铝粉和1.5份炭纤维混合而成，其制备方法是：将铝粉和碳纤维混合均匀，在140℃下干燥2小时，然后研磨1小时，过筛制得固体混合物；将有机硅树脂与丙酮按照1:1体积比混合后，加入2份硅烷偶联剂，在80℃水浴加热1小时制成液态混合物；将固体混合物和液态混合物混合、搅拌均匀，得到铝基复合粘接剂；其中，所述固体混合物的粒径在100-200目之间，所述有机硅树脂是聚有机硅氧烷。
本发明中，所述陶瓷粉和石墨粉的混合粉剂还添加有1%的碳酸银。
一种陶瓷-石墨复合材料炊具的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一、将陶瓷粉和石墨粉组成的混合粉剂采用不同型号的筛网逐级进行筛选，分别筛选出粒径为150目的混合粉剂和粒径为30目的混合粉剂；
步骤二、将筛选出的150目的混合粉剂和30目的混合粉剂按照8:1的比例均匀混合，而后将外加剂均匀混合添加在混合粉剂中，得到成型原料；
步骤三、将成型原料填充到热模具中加压并保温成型，得到炊具的粗坯；
步骤四、将粗坯置于真空烧结炉内进行烧结；
步骤五、随炉冷却至室温后取出，得到成品炊具。
本发明中，所述步骤三中，热模具的温度为160摄氏度，加载压力为150T，保温时间为10分钟。
本发明中，所述步骤四中，烧结温度为1400摄氏度，保温时间为3天。
本发明中，所述步骤二中制得的成型原料烧结前后的收缩比为1.2。
实施例3：
一种陶瓷-石墨复合材料炊具，所述炊具是由陶瓷粉和石墨粉组成的混合粉剂与外加剂混合后采用粉末冶金工艺制备而成，其中，按照重量百分比，所述陶瓷粉和石墨粉的混合粉剂含量为95%，外加剂的含量为5%，陶瓷粉和石墨粉的混合粉剂中，所述陶瓷粉占比为85%，所述石墨粉的占比为15%，所述外加剂为铝基复合粘接剂。
本发明中，按照重量份数，所述陶瓷粉包括40份碳化锆微粉、22份石英粉、18份滑石粉、13份钾长石份和4份硼酸粉，所述陶瓷粉和石墨粉组成的混合粉剂的粒径在30-150目之间。
本发明中，按照重量份数，所述铝基复合粘接剂是由9份有机硅树脂，33份纯铝粉和1份炭纤维混合而成，其制备方法是：将铝粉和碳纤维混合均匀，在140℃下干燥2小时，然后研磨1小时，过筛制得固体混合物；将有机硅树脂与丙酮按照1:1体积比混合后，加入1.5份硅烷偶联剂，在80℃水浴加热1小时制成液态混合物；将固体混合物和液态混合物混合、搅拌均匀，得到铝基复合粘接剂；其中，所述固体混合物的粒径在100-200目之间，所述有机硅树脂是聚有机硅氧烷。
本发明中，所述陶瓷粉和石墨粉的混合粉剂还添加有0.8%的碳酸银。
一种陶瓷-石墨复合材料炊具的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一、将陶瓷粉和石墨粉组成的混合粉剂采用不同型号的筛网逐级进行筛选，分别筛选出粒径为150目的混合粉剂和粒径为30目的混合粉剂；
步骤二、将筛选出的150目的混合粉剂和30目的混合粉剂按照8:1的比例均匀混合，而后将外加剂均匀混合添加在混合粉剂中，得到成型原料；
步骤三、将成型原料填充到热模具中加压并保温成型，得到炊具的粗坯；
步骤四、将粗坯置于真空烧结炉内进行烧结；
步骤五、随炉冷却至室温后取出，得到成品炊具。
本发明中，所述步骤三中，热模具的温度为150摄氏度，加载压力为125T，保温时间为15分钟。
本发明中，所述步骤四中，烧结温度为1250摄氏度，保温时间为4天。
本发明中，所述步骤二中制得的成型原料烧结前后的收缩比为1.2。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例描述如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述所述技术内容作出的些许更动或修饰均为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种陶瓷-石墨复合材料炊具，其特征在于：所述炊具是由陶瓷粉和石墨粉组成的混合粉剂与外加剂混合后采用粉末冶金工艺制备而成，其中，按照重量百分比，所述陶瓷粉和石墨粉的混合粉剂含量为93-97%，外加剂的含量为3-7%，陶瓷粉和石墨粉的混合粉剂中，所述陶瓷粉占比为75-90%，所述石墨粉的占比为10-25%，所述外加剂为铝基复合粘接剂。
2.如权利要求1所述的一种陶瓷-石墨复合材料炊具，其特征在于：按照重量份数，所述陶瓷粉包括30-50份碳化锆微粉、20-25份石英粉、16-20份滑石粉、10-15份钾长石份和3-5份硼酸粉，所述陶瓷粉和石墨粉组成的混合粉剂的粒径在30-150目之间。
3.如权利要求1所述的一种陶瓷-石墨复合材料炊具，其特征在于：按照重量份数，所述铝基复合粘接剂是由8-10份有机硅树脂，30-35份纯铝粉和0.5-1.5份炭纤维混合而成，其制备方法是：将铝粉和碳纤维混合均匀，在140℃下干燥2小时，然后研磨1小时，过筛制得固体混合物；将有机硅树脂与丙酮按照1:1体积比混合后，加入1-2份硅烷偶联剂，在80℃水浴加热1小时制成液态混合物；将固体混合物和液态混合物混合、搅拌均匀，得到铝基复合粘接剂；其中，所述固体混合物的粒径在100-200目之间，所述有机硅树脂是聚有机硅氧烷。
4.如权利要求1所述的一种陶瓷-石墨复合材料炊具，其特征在于：所述陶瓷粉和石墨粉的混合粉剂还添加有0.5-1%的碳酸银。
5.如权利要求1-4任一所述的一种陶瓷-石墨复合材料炊具的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将陶瓷粉和石墨粉组成的混合粉剂采用不同型号的筛网逐级进行筛选，分别筛选出粒径为150目的混合粉剂和粒径为30目的混合粉剂；
步骤二、将筛选出的150目的混合粉剂和30目的混合粉剂按照8:1的比例均匀混合，而后将外加剂均匀混合添加在混合粉剂中，得到成型原料；
步骤三、将成型原料填充到热模具中加压并保温成型，得到炊具的粗坯；
步骤四、将粗坯置于真空烧结炉内进行烧结；
步骤五、随炉冷却至室温后取出，得到成品炊具。
6.如权利要求5所述的一种陶瓷-石墨复合材料炊具的制备工艺，其特征在于：所述步骤三中，热模具的温度为140-160摄氏度，加载压力为100-150T，保温时间为10-20分钟。
7.如权利要求5所述的一种陶瓷-石墨复合材料炊具的制备工艺，其特征在于：所述步骤四中，烧结温度为1100-1400摄氏度，保温时间为3-5天。
8.如权利要求5所述的一种陶瓷-石墨复合材料炊具的制备工艺，其特征在于：所述步骤二中制得的成型原料烧结前后的收缩比为1.2。
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