一种高强度高可靠氧化锆陶瓷刀具材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度高可靠氧化锆陶瓷刀具材料及其制备方法，涉及陶瓷刀具技术领域。其中，方法包括：将氧化钇稳定氧化锆粉体、分散溶剂及分散剂超声搅拌混合得到陶瓷混合液，采用沉降法将氧化钇稳定氧化锆粉体进行粒径分级，得到陶瓷粉体，分级后的陶瓷粉体的平均粒径为10

【技术实现步骤摘要】
一种高强度高可靠氧化锆陶瓷刀具材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及陶瓷刀具
，尤其涉及一种高强度高可靠氧化锆陶瓷刀具材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]氧化锆(ZrO2)陶瓷因具有较高的硬度、断裂韧性以及优异的耐磨性，被广泛用于机械加工、医疗工具以及厨房刀具等方面。在机械加工领域，传统的高速钢，硬质合金刀具难以满足高效高精度加工新兴的诸如高强度石墨，电极铜合金，新型铝合金，多功能塑料等非铁系材料，而氧化锆陶瓷作为结构陶瓷具有优异的强度和韧性，同时硬度较高，用于加工新兴有色金属，增强塑料，高强度石墨等材料具有独特的优势。在医疗工具方面，氧化锆材料因表现出较为出色的耐磨性、耐腐蚀性以及良好的生物相容性而被广泛用于手术刀等医疗工具。值得注意的是，氧化锆也被用作厨房专用刀具，相比于传统的金属厨房刀具，氧化锆陶瓷刀具有耐磨、高密度、高硬度、无毛细孔、不会藏污纳垢、不会生锈、切食物无金属味残留、轻薄锐利、易拿易切、清洗容易等优点，使得其在厨房的使用日益广泛。
[0003]然而目前氧化锆刀具仍容易出现易崩刃，折断等问题而影响氧化锆陶瓷刀具的使用寿命。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了一种高强度高可靠氧化锆陶瓷刀具材料及其制备方法，旨在解决目前氧化锆刀具仍容易出现易崩刃，折断等问题。
[0005]氧化锆刀具的使用寿命(可靠性)主要受氧化锆的力学性能(弯曲强度及断裂韧性)影响，而力学性能主要取决于氧化锆晶粒尺寸大小及其均匀性，进一步，氧化锆的晶粒尺寸和均匀性直接受原始粉体粒径及烧结工艺影响。显然，氧化锆陶瓷刀具的可靠性取决于原始粉体的粒径及其分布以及烧结工艺。然而目前市面上销售的氧化钇稳定氧化锆粉体的粒度分布比较宽，不利于精准调控烧结后的氧化锆晶粒的尺寸与分布，即影响刀具的可靠性。因此，开发具有组分均匀、颗粒细、粒径分布窄、比表面积大、无团聚的氧化锆粉体并优化烧结工艺是提高氧化锆刀具使用寿命的有效方法。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种高强度高可靠氧化锆陶瓷刀具材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1、将氧化钇稳定氧化锆粉体、分散溶剂及分散剂超声搅拌混合得到陶瓷混合液，采用沉降法对氧化钇稳定氧化锆粉体进行粒径分级，得到陶瓷粉体，分级后的陶瓷粉体平均粒径为10
‑
50nm，最小粒径为5
‑
10nm，最大粒径为15
‑
70nm；
[0008]步骤2、将所述陶瓷粉体干压成型后进行冷等静压处理得到氧化锆陶瓷坯体；
[0009]步骤3、将所述氧化锆陶瓷坯体烧结得到氧化锆陶瓷烧结体；
[0010]步骤4、将氧化锆陶瓷烧结体进行热等静压处理，得到氧化锆陶瓷刀具材料。
[0011]需要说明的是，本专利技术实施例中，平均粒径是指D50，最小粒径是指D10，最大粒径
是指D90。
[0012]其进一步的技术方案为，所述步骤1中，所述氧化钇稳定氧化锆粉体为3mol氧化钇稳定氧化锆以及8mol氧化钇稳定氧化锆中的至少一种，所述氧化钇稳定氧化锆粉体的平均粒径为20nm
‑
800nm，所述分散溶剂为去离子水、无水乙醇、甲醇中的至少一种，所述氧化钇稳定氧化锆粉体与所述分散溶剂的比重为1:2.8
‑
3.2。
[0013]其进一步的技术方案为，所述步骤1中，所述分散剂为柠檬酸、草酸、丙烯酸钠、丙烯酸钾、硬脂酸、油酸、聚乙二醇200、聚乙二醇300、聚乙二醇400中的至少一种，所述分散剂的质量为所述氧化钇稳定氧化锆粉体质量的0.01
‑
2％。
[0014]其进一步的技术方案为，所述步骤1中，所述超声搅拌的工艺参数包括：超声频率为20
‑
200KHz，时间为15
‑
60min，搅拌为机械搅拌或者磁力搅拌，搅拌转速为200
‑
1500rpm，搅拌时间为60
‑
120min。
[0015]其进一步的技术方案为，所述步骤1中，所述沉降法的工艺为：将所述陶瓷混合液静置5
‑
72h，抽取中上层悬浮液，烘干过筛。其中，中上层是指位于陶瓷混合液水位高度中线以上的区域，例如，水位高度为10cm，则5cm以上的区域为中上层。
[0016]其进一步的技术方案为，使用注射器或者蠕动泵抽取中上层悬浮液，所述蠕动泵控制流速为1
‑
500ml/min；所述烘干的工艺参数包括：烘干温度为50
‑
200℃，烘干时间为1
‑
48h；所述过筛的工艺参数包括：筛网目数为50
‑
250目。
[0017]其进一步的技术方案为，所述步骤2中，所述干压成型的工艺参数包括：加压压力为2
‑
10MPa，保压时间为30s
‑
120s；
[0018]所述冷等静压处理的工艺参数包括：加压压力为100
‑
300MPa，保压时间为30s
‑
600s。
[0019]其进一步的技术方案为，所述步骤3中，所述烧结的工艺包括：以0.2
‑
10℃/min升温至600
‑
800℃，然后以0.2
‑
5℃/min升温至1200
‑
1550℃，保温0.5
‑
6h，然后以0.2
‑
10℃/min降温到室温。
[0020]其进一步的技术方案为，所述步骤4中，所述热等静压处理的工艺为：以1
‑
10℃/min升温至1100
‑
1450℃，保温0.5
‑
4h，气氛为氩气，气压为50
‑
300MPa。
[0021]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种氧化锆陶瓷刀具材料，由第一方面所述的方法制备。
[0022]本专利技术能够达到如下技术效果：
[0023]本专利技术提出的高强度高可靠氧化锆陶瓷刀具材料的制备方法，首先，采用沉降法对市场售卖的氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉体进行粒径分级，优化粉体粒径及其分布；然后将分级后的陶瓷粉体经过干压成型制坯，经冷等静压处理的坯体进行烧结，并控制烧结升温速率及保温时间调控晶粒尺寸大小；最后通过热等静压后处理进一步排出氧化锆内部残留气孔。相比于现有技术，本专利技术工艺简单，成本较低，能精准控制氧化锆陶瓷刀具材料的性能，能够制备具有良好弯曲强度及断裂韧性的氧化锆陶瓷刀具材料，解决了目前氧化锆刀具仍容易出现易崩刃，折断等问题。
具体实施方式
[0024]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施
例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]应当理解，当在本说明书本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度高可靠氧化锆陶瓷刀具材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、将氧化钇稳定氧化锆粉体、分散溶剂及分散剂超声搅拌混合得到陶瓷混合液，采用沉降法将氧化钇稳定氧化锆粉体进行粒径分级，得到陶瓷粉体，分级后的陶瓷粉体的平均粒径为10
‑
50nm，最小粒径为5
‑
10nm，最大粒径为15
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70nm；步骤2、将所述陶瓷粉体干压成型后进行冷等静压处理得到氧化锆陶瓷坯体；步骤3、将所述氧化锆陶瓷坯体烧结得到氧化锆陶瓷烧结体；步骤4、将氧化锆陶瓷烧结体进行热等静压处理，得到氧化锆陶瓷刀具材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中，所述氧化钇稳定氧化锆粉体为3mol氧化钇稳定氧化锆以及8mol氧化钇稳定氧化锆中的至少一种，所述氧化钇稳定氧化锆粉体的平均粒径为20nm
‑
800nm，所述分散溶剂为去离子水、无水乙醇、甲醇中的至少一种，所述氧化钇稳定氧化锆粉体与所述分散溶剂的比重为1:2.8
‑
3.2。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中，所述分散剂为柠檬酸、草酸、丙烯酸钠、丙烯酸钾、硬脂酸、油酸、聚乙二醇200、聚乙二醇300、聚乙二醇400中的至少一种，所述分散剂的质量为所述氧化钇稳定氧化锆粉体质量的0.01
‑
2％。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中，所述超声搅拌的工艺参数包括：超声频率为20
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200KHz，时间为15
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60min，搅拌为机械搅拌或者磁力搅拌，搅拌转速为200
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1500rpm，搅拌时间为60
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120min。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎业华，姜知水，文理，陈捷，欧明，董进杰，
申请(专利权)人：广东捷成科创电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：