[发明专利]高性能陶瓷刀及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷刀，尤其涉及一种高性能陶瓷刀及该陶瓷刀的制备方法。

背景技术

目前市面上的陶瓷刀大多是用一种纳米材料“氧化锆”加工而成。用氧化锆粉末在2000℃高温下用300吨的重压配上模具压制成刀坯，然后用金刚石打磨之后配上刀柄就做成了成品陶瓷刀。但目前的陶瓷刀刀具在硬度和韧性方面往往是矛盾的，即具有高硬度的陶瓷刀具往往其韧性不够，极易碎裂；具有高韧性的陶瓷刀具却不具有高硬度。此外，现有的陶瓷刀具开刃后的锋利度不够，在使用时非常不便，或者在使用几次后即变钝，无法再使用。鉴于此，业界亟待设计一种既具有高强度，又具有高韧性，且开刃后具有高锋利度的陶瓷刀。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种既具有高强度，又具有高韧性，且开刃后具有高锋利度的高性能陶瓷刀及该陶瓷刀的制备方法。

本发明所述高性能陶瓷刀所采用的技术方案是：按重量百分比计，该陶瓷刀由以下成分组成：ZrO₂和HfO₂的混合物  93～94wt%；Y₂O₃  5～6wt%；Al₂O₃  0.2～1wt%。

优化地，按重量百分比计，该陶瓷刀由以下成分组成：ZrO₂和HfO₂的混合物  93wt%；Y₂O₃  6wt%；Al₂O₃  1wt%。

或者，按重量百分比计，该陶瓷刀由以下成分组成：ZrO₂和HfO₂的混合物  94wt%；Y₂O₃  5.5wt%；Al₂O₃  0.5wt%。

又或者，按重量百分比计，该陶瓷刀由以下成分组成：ZrO₂和HfO₂的混合物  93.5wt%；Y₂O₃  5.5wt%；Al₂O₃  1wt%。

更进一步地，制备所述陶瓷刀的粉料的中位径和比表面积间的关系为：若中位径D50是0.15～0.25μm，则S_BET为9～11m²/g；若D50是0.5～0.8μm，则S_BET为6～10m²/g，其中S_BET表示比表面积。

进一步优化地，制备所述陶瓷刀的粉料的晶相组成为：单斜相30±5％，四方相+立方相70±5％。 

本发明所述高性能陶瓷刀的制备方法包括以下步骤：

（1）制备刀坯：将原材料按要求混合均匀，利用干压成型的方法制作成刀坯；

（2）第一阶段烧结：将刀坯码放整齐放入高温炉内，烧结过程中升温速率为0.5℃/min，在1000±80℃时保温1～2h；

（3）第二阶段烧结：经过第一阶段烧结后，提高升温速率为1.5℃/min，在烧结到温度1460±80℃时保温2～4h；

（4）烧结成型：经过第二阶段烧结的保温阶段后，降温，在1000±80℃时保温1～2h，然后自然降温，即制得高性能陶瓷刀。

在所述步骤（4）中，控制烧结后的晶相为单斜相5±2％，四方相+立方相95±2％，在扫描电镜下观察晶粒大小控制在0.2～2μm，形貌为清晰的六边形。

本发明的有益效果是：由于本发明在所述高性能陶瓷刀的制备粉料中，包括有ZrO₂和HfO₂的混合物、Y₂O₃和Al₂O₃，利用本发明的方法进行刀具烧结，在合理的烧结条件下，适当调整烧结温度和保温时间，来保证烧结后微观结构中晶粒的大小集中在0.2～2μm，并且形成的晶貌为规则清晰的多边形，由此得到的陶瓷刀的抗弯强度由原来的900MPa提高到1100MPa，韧性取得明显的改善，陶瓷刀的初始锋利度有原来的80mm提高到95mm，耐久锋利度则由1100mm提高到1500mm，所以，由不能发明制备得到的陶瓷刀具与现有陶瓷刀相比，具有更高的强度和韧性，开刃后具有更高的锋利度和耐久锋利度，是一种性能更高的陶瓷刀。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。