CN114657432B - 陶瓷刀具及陶瓷刀具的制造方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种陶瓷刀具及陶瓷刀具的制造方法。所述陶瓷刀具包括刀具主体，其特征在于，所述刀具主体包括金属陶瓷材料和自熔性材料，所述自熔性材料分散在所述金属陶瓷材料的金属陶瓷颗粒之间，并且所述自熔性材料的硬度小于所述金属陶瓷材料的硬度。根据本公开的陶瓷刀具具有改善的脆性和降低的工艺成本。

Description

陶瓷刀具及陶瓷刀具的制造方法

技术领域

本公开涉及刀具领域，具体涉及一种陶瓷刀具及陶瓷刀具的制造方法。

背景技术

刀具是人民生活中不可缺少的工具，如厨房用刀、餐刀、水果刀等。

陶瓷刀具有健康(材质为陶瓷材质，不含重金属等)、耐磨、高密度、高硬度、无毛细孔、不会藏污纳垢、非金属铸造不会生锈、切食物无金属味残留、轻薄锐利(材质硬度高，能够长期保持锋利度)、易拿易切、清洗容易等优点，具有许多金属制刀具无法取代的特性。

然而，目前的陶瓷刀脆性大，在落地和切硬物时易碎，导致陶瓷刀的寿命短、应用受到限制。

发明内容

本公开的目的在于提供一种具有改善的脆性和降低的工艺成本的陶瓷刀具和陶瓷刀具的制造方法。

根据本公开的一方面，提供一种陶瓷刀具，所述刀具主体包括金属陶瓷材料和自熔性材料，所述自熔性材料分散在所述金属陶瓷材料的金属陶瓷颗粒之间，并且所述自熔性材料的硬度小于所述金属陶瓷材料的硬度。

可选地，所述自熔性材料可包括铝包镍材料和镍包铝材料中的至少一种。

可选地，所述铝包镍材料可包括镍核层和包覆所述镍核层的至少一部分的铝壳层，所述铝壳层的重量占所述铝包镍材料的总重量的10％-30％，所述镍核层的重量占所述铝包镍材料的总重量的70％-90％。所述镍包铝材料可包括铝核层和包覆所述铝核层的至少一部分的镍壳层，所述镍壳层的重量占所述镍包铝材料的总重量的10％-30％，所述铝核层的重量占所述镍包铝材料的总重量的70％-90％。

可选地，所述自熔性材料的重量可占所述刀具主体的总重量的5％-30％。

可选地，所述金属陶瓷材料可包括金属氧化物、金属氮化物和金属碳化物中的至少一种。

可选地，所述金属氧化物可包括氧化铝、氧化钛、氧化锆和氧化铝钛中的至少一种，所述金属氮化物包括氮化钛，所述金属碳化物包括碳化钛和碳化钨中的至少一种。

根据本公开的另一方面，提供一种陶瓷刀具的制造方法，所述制造方法包括：准备金属陶瓷材料和自熔性材料，所述自熔性材料的硬度小于所述金属陶瓷材料的硬度；将所述金属陶瓷材料和所述自熔性材料压制成坯体；点燃所述坯体。

可选地，所述制造方法还可包括：在将所述金属陶瓷材料和所述自熔性材料压制成坯体之前，将所述金属陶瓷材料和所述自熔性材料混合均匀；或者在将所述金属陶瓷材料和所述自熔性材料压制成坯体之前，使所述自熔性材料包覆所述金属陶瓷材料的至少一部分。

可选地，所述金属陶瓷材料和所述自熔性材料中的每个的粒径可以为5μm-25μm。

可选地，在空气气氛下在600℃-800℃下点燃所述坯体。

根据本公开的陶瓷刀具，通过将自熔性材料加入到陶瓷刀具中，可具有如下优点：自熔性材料可分散在金属陶瓷材料的金属陶瓷颗粒之间并且硬度可低于金属陶瓷材料的硬度，因此自熔性材料可吸收陶瓷刀材质所释放的应力，降低整体的脆性，提升整体的韧性，使刀具强度更高，使用过程中不易出现崩落等问题；在将自熔性材料加入到金属陶瓷材料中并压制成坯体之后，无需对坯体进行长时间高温烧结，只需要在自熔性材料的燃点处点燃自熔性材料即可，后续自熔性材料会自动熔化，因此可以大大降低工艺过程的成本；自熔性材料在自熔过程中不用保证内外温度一致，只要自熔性材料自熔的区域均能使金属陶瓷颗粒彼此咬合，同时由于自熔过程时间短，整体材料应力小而且均匀。

附图说明

通过以下结合附图进行的详细描述，本公开的以上和其它方面、特征及其它优点将被更清楚地理解，在附图中：

图1是根据本公开的实施例的陶瓷刀具的示意图；

图2示意性地示出了图1中所示的陶瓷刀具的刀具主体的材料分布。

具体实施方式

在下文中，将参照附图如下描述本公开的实施例。

然而，本公开可按照许多不同的形式例示并且不应被解释为限于在此阐述的具体实施例。更确切地说，提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完整的，并且将要把本公开的范围充分地传达给本领域技术人员。

图1中所示的根据本公开的陶瓷刀具10可以是用于厨房的刀具，例如，菜刀或者水果刀等。然而，本公开的陶瓷刀具不限于此，并且可以是根据用户需求应用于其它场合的陶瓷刀具。

如图1所示，根据本公开的实施例的陶瓷刀具10可包括刀具主体11和刀柄12。如图2所示，刀具主体11可包括金属陶瓷材料和自熔性材料，自熔性材料分散在金属陶瓷材料的金属陶瓷颗粒之间，并且自熔性材料的硬度小于金属陶瓷材料的硬度。应理解的是，图2仅示意性地示出了刀具主体11内的材料分布情况，然而，刀具主体11内的金属陶瓷材料和自熔性材料的分布情况不受此限制。

根据本公开的实施例，自熔性材料指的是在施加热达到自熔性材料的燃点后材料会自动自熔而不需要继续加热的材料。

根据本公开的实施例，通过使硬度小于金属陶瓷材料的硬度的自熔性材料分散在金属陶瓷颗粒之间，能够很好的吸收陶瓷刀材质所释放的应力，降低整体的脆性，提升整体的韧性，使刀具强度更高，使用过程中不易出现崩落等问题。

当在陶瓷刀具中加入常规缓冲材料时，缓冲材料对陶瓷刀具的烧结温度和烧结时间没有影响或者影响很小，并且为了保证陶瓷刀具外部和内部的结构一致性，需要保温较长时间，以保证内外温度一致，因此烧结过程仍为全程高温烧结，例如，需要在1000℃以上烧结100多小时。然而，保温较长时间一方面成本高，另一方面长时间高温烧结，会使金属陶瓷颗粒与金属陶瓷颗粒之间咬合程度较大，因此会降低缓冲材料所起的缓冲作用，增大工件的应力。

根据本公开的实施例，通过将自熔性缓冲材料加入到金属陶瓷材料之中便能很好解决这些问题。

根据本公开的实施例，在将自熔性材料加入到金属陶瓷材料中并压制成坯体之后，无需对坯体进行长时间高温烧结，只需要在自熔性材料的燃点处点燃自熔性材料即可，后续自熔性材料会自动熔化，因此可以大大降低工艺过程的成本。另外，自熔性材料在自熔过程中不用保证内外温度一致，只要自熔性材料自熔的区域均能使金属陶瓷颗粒彼此咬合，同时由于自熔过程时间短，整体材料应力小而且均匀。

另外，自熔性材料在自熔过程中产生的高温和传统陶瓷刀具长时间高温烧结对最终陶瓷刀具产品的性能也会产生影响。根据本公开的实施例的陶瓷刀具，利用自熔性材料在自熔过程中产生的高温，一方面使金属陶瓷材料(硬质部分)烧结从而使硬质部分连结，另一方面自熔性材料在熔化过程中也能将硬质部分粘结，由于该过程与常规烧结相比，时间短加热均匀，因此硬质部分烧结而连结的部分应力较小，另外硬质部分与硬质部分靠自熔性材料粘接的部分由于有自熔性材料作为中介起到缓冲作用，因此应力也较小。因此，刀具主体的整体应力小，但是刀身材质仍主要为硬质部分，因此刀身硬度高。

根据本公开的实施例，自熔性材料可包括铝包镍材料和镍包铝材料中的至少一种。根据本公开的实施例，铝包镍材料包括镍核层和包覆镍核层的至少一部分的铝壳层，铝壳层的重量占铝包镍的总重量的10％-30％，镍核层的重量占铝包镍材料的总重量的70％-90％。例如，铝壳层的重量占铝包镍材料的总重量的20％，镍核层的重量占铝包镍材料的总重量的80％。根据本公开的实施例，镍包铝材料包括铝核层和包覆铝核层的至少一部分的镍壳层，镍壳层的重量占镍包铝材料的总重量的10％-30％，铝核层的重量占镍包铝材料的总重量的70％-90％。例如，镍壳层的重量占镍包铝材料的总重量的20％，铝核层的重量占镍包铝材料的总重量的80％。

根据本公开的实施例，自熔性材料的重量可占刀具主体的总重量的5％-30％。当自熔性材料的重量小于刀具主体的总重量的5％时，自熔性材料较少，一方面无法提供足够的粘结性导致易出现崩瓷等问题，另一方面可能无法对金属陶瓷材料进行充分烧结。当自熔性材料的重量大于刀具主体的总重量的30％时，由于自熔性材料的硬度偏低，因此会导致刀具主体的硬度降低。可选地，自熔性材料的重量占刀具主体的总重量的10％-25％，或者自熔性材料的重量占刀具主体的总重量的15％-20％。

根据本公开的实施例，金属陶瓷材料可包括金属氧化物、金属氮化物和金属碳化物中的至少一种。也就是说，金属陶瓷材料可选择金属氧化物、金属氮化物和金属碳化物中的任意一种或者使它们中的两种或三种。当金属陶瓷材料由金属氧化物、金属氮化物和金属碳化物中两种或三种形成时，每种材料的占比不受具体限制。

根据本公开的实施例，金属氧化物可包括氧化铝、氧化钛、氧化锆和氧化铝钛中的至少一种。也就是说，金属氧化物可包括氧化铝、氧化钛、氧化锆和氧化铝钛中的任意一种或者它们中的两种或更多种。当金属氧化物包括氧化铝、氧化钛、氧化锆和氧化铝钛中的两种或更多种时，每种材料的占比不受具体限制。

根据本公开的实施例，金属氮化物可包括氮化钛。然而，本公开不限于此，金属氮化物还可以是本领域已知的其它金属氮化物。

根据本公开的实施例，金属碳化物可包括碳化钛和碳化钨中的至少一种。也就是说，金属碳化物可包括碳化钛和碳化钨中的任意一种或两种。当金属碳化物包括碳化钛和碳化钨中的两种时，碳化钛和碳化钨的占比不受具体限制。

以下，将描述根据本公开的实施例的陶瓷刀具的制造方法。

根据本公开的实施例，陶瓷刀具的制造方法可包括：准备金属陶瓷材料和自熔性材料，自熔性材料的硬度小于金属陶瓷材料的硬度；将金属陶瓷材料和自熔性材料压制成坯体；点燃坯体。

由于以上已经对金属陶瓷材料和自熔性材料进行了具体描述，因此为了避免冗余，在此将省略其详细描述。

根据本公开的实施例，陶瓷刀具的制造方法还包括在将金属陶瓷材料和自熔性材料压制成坯体之前，将金属陶瓷材料和自熔性材料混合均匀的步骤。根据本公开的实施例，可通过混料机将金属陶瓷材料和自熔性材料混合均匀。然而，本公开不对将金属陶瓷材料和自熔性材料混合均匀的具体工艺进行限制，本领域技术人员可根据本领域的已知混料方法将金属陶瓷材料和自熔性材料混合均匀。

另外，本公开也可以不将金属陶瓷材料和自熔性材料混合均匀，而是使自熔性材料包覆金属陶瓷材料的至少一部分。在这种情况下，一方面可提高自熔性材料对硬质的金属陶瓷材料的缓冲作用，另一方面可充分利用自熔性材料的自熔热量烧结金属陶瓷材料。

根据本公开的实施例，自熔性材料包覆金属陶瓷材料的面积不受具体限制。例如，自熔性材料可包覆金属陶瓷材料的整个表面积的1/3、2/3等。当然，更为优选的是，自熔性材料包覆金属陶瓷材料的整个表面积，然而由于包覆工艺的限制，可能无法使自熔性材料包覆金属陶瓷材料的整个表面积。

根据本公开的实施例，可利用本领域技术人员已知的材料表面包覆技术来使自熔性材料包覆金属陶瓷材料的至少一部分。例如，可使用雾化法等来执行使自熔性材料包覆金属陶瓷材料的至少一部分的步骤。

根据本公开的实施例，金属陶瓷材料和自熔性材料中的每个的粒径为5μm-25μm。当金属陶瓷材料和自熔性材料中的每个的粒径小于5μm时，粉末粒径较小成本较高。当金属陶瓷材料和自熔性材料中的每个的粒径大于25μm时，需要更高的点燃温度和更长的自熔时间才能使粉末充分熔融。可选地，金属陶瓷材料和自熔性材料中的每个的粒径为10μm-20μm，或者金属陶瓷材料和自熔性材料中的每个的粒径为15μm-20μm。另外，还应理解的是，金属陶瓷材料的粒径和自熔性材料的粒径可以相同，也可以不同，本公开对此没有限制。

根据本公开的实施例，在将金属陶瓷材料和自熔性材料压制成坯体的步骤中，可使用本领域中已知的压制坯体的工艺而不受具体限制。例如，可利用真空高压成型机来压制坯体。

根据本公开的实施例，在点燃坯体的步骤中，可将坯体放置在烧结炉中，在空气气氛下执行点燃坯体的步骤。

根据本公开的实施例，可在自熔性材料的燃点处或者更高的温度处点燃坯体。例如，可在600℃-800℃下点燃坯体。由于自熔性材料一旦被点燃，就可以不借助外部热源而自动自熔，因此无需对坯体进行长时间的高温烧结，金属陶瓷材料也可借助自熔性材料自熔而提供的热量进行烧结。

根据本公开的实施例，自熔性材料自熔的时间不受具体限制，并且可与自熔性材料的含量以及刀具坯体的体积有关。

下面的表1示出了根据本公开的实施例的陶瓷刀具和根据对比示例的陶瓷刀具的材料以及相关性能测试。在下面的实施例和对比示例中，刀具主体的尺寸是相同的。

在对比例1中，未加入任何缓冲材料。在对比例2和对比例3中，在氧化锆中添加常规缓冲材料(镍或铝)。在示例1至示例10中，在氧化锆中添加铝包镍，其中，铝包镍中的镍核层的重量占铝包镍的重量的80％，铝壳层的重量占铝包镍的重量的20％。

表1

根据表1可知，在对比例1中，当不添加缓冲材料时，陶瓷刀具的硬度高，但跌落断裂的高度低，即，脆性大。

在对比例2和对比例3中，当添加10wt％的普通缓冲材料时，虽然跌落断裂的高度有所提高，但需要在较高的温度(1000℃以上，例如，1500℃左右)下烧结长达480min，导致生产成本提高。

根据示例1至示例10可知，当加入自熔性材料时，跌落断裂的高度提高，并且烧结时间短。另外，自熔性材料比例越高，硬度越小，烧结时间越长，但跌落断裂的高度越高。

通过将根据本公开的实施例的陶瓷刀具与纯陶瓷刀(对比例1)相比可知，虽然根据本公开的陶瓷刀具的硬度小于纯陶瓷刀(自熔性材料的比例达到30％时，其莫氏硬度仍然能达到7，能够满足基础的家庭使用要求)，但跌落断裂高度却大幅度提高。另外，陶瓷刀具的烧结时间大幅度降低，因此可降低生产成本。

另外，当将添加自熔性缓冲材料的示例4与添加普通缓冲材料的对比例2和对比例3相比时，在缓冲材料的比例相同时，示例4中的陶瓷刀具的烧结时间大幅度降低，因此可降低生产成本。另外，通过添加自熔性缓冲材料，与添加普通缓冲材料相比，陶瓷刀具的应力降低的更明显，因此跌落断裂的高度显著提高。

也就是说，与添加常规缓冲材料的陶瓷刀具相比，通过添加自熔性材料的陶瓷刀具的应力更低。一方面是由于添加自熔性材料的陶瓷刀具的烧结时间短于添加常规缓冲材料的陶瓷刀具的烧结时间。另外一方面是由于自熔性材料在自熔过程中的熔化活跃性更高。常规缓冲材料在熔化过程中靠自然流动扩大粘结面积，但是自熔性材料在熔化过程中由于其形态类似燃烧，其流动性远大于自然流动的过程，因此其粘结面积会大于同比例缓冲材料的粘结面积，使得陶瓷刀具的应力降低。同时，同比例的自熔性材料还会更多体现出硬质材料的硬度，因此同比例的缓冲材料，将自熔性材料作为缓冲材料的陶瓷刀具的硬度会大于使用常规缓冲材料的陶瓷刀具的硬度。

根据本公开的实施例，参照表1，综合考虑陶瓷刀具的硬度和脆性，自熔性材料的重量可占刀具主体的总重量的5％-30％。

根据本公开的如上所述的陶瓷刀具，通过将自熔性材料加入到陶瓷刀具中，可具有如下优点：自熔性材料可分散在金属陶瓷材料的金属陶瓷颗粒之间并且硬度可低于金属陶瓷材料的硬度，因此自熔性材料可吸收陶瓷刀材质所释放的应力，降低整体的脆性，提升整体的韧性，使刀具强度更高，使用过程中不易出现崩落等问题；在将自熔性材料加入到金属陶瓷材料中并压制成坯体之后，无需对坯体进行长时间高温烧结，只需要在自熔性材料的燃点处点燃自熔性材料即可，后续自熔性材料会自动熔化，因此可以大大降低工艺过程的成本；自熔性材料在自熔过程中不用保证内外温度一致，只要自熔性材料自熔的区域均能使金属陶瓷颗粒彼此咬合，同时由于自熔过程时间短，整体材料应力小而且均匀。

虽然已表示和描述了本公开的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本公开的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。

Claims (8)

1.一种陶瓷刀具，所述陶瓷刀具包括刀具主体，其特征在于，所述刀具主体包括金属陶瓷材料和自熔性材料，所述自熔性材料分散在所述金属陶瓷材料的金属陶瓷颗粒之间，并且所述自熔性材料的硬度小于所述金属陶瓷材料的硬度，

其中，所述自熔性材料包括铝包镍材料和镍包铝材料中的至少一种，所述铝包镍材料包括镍核层和包覆所述镍核层的至少一部分的铝壳层，并且所述镍包铝材料包括铝核层和包覆所述铝核层的至少一部分的镍壳层，

其中，所述自熔性材料的重量占所述刀具主体的总重量的10％-25％。

2.根据权利要求1所述的陶瓷刀具，其特征在于，所述铝壳层的重量占所述铝包镍材料的总重量的10％-30％，所述镍核层的重量占所述铝包镍材料的总重量的70％-90％，

所述镍壳层的重量占所述镍包铝材料的总重量的10％-30％，所述铝核层的重量占所述镍包铝材料的总重量的70％-90％。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的陶瓷刀具，其特征在于，所述金属陶瓷材料包括金属氧化物、金属氮化物和金属碳化物中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的陶瓷刀具，其特征在于，所述金属氧化物包括氧化铝、氧化钛、氧化锆和氧化铝钛中的至少一种，所述金属氮化物包括氮化钛，所述金属碳化物包括碳化钛和碳化钨中的至少一种。

5.一种陶瓷刀具的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：

准备金属陶瓷材料和自熔性材料，所述自熔性材料的硬度小于所述金属陶瓷材料的硬度；

将所述金属陶瓷材料和所述自熔性材料压制成坯体；

点燃所述坯体，

其中，所述自熔性材料包括铝包镍材料和镍包铝材料中的至少一种，所述铝包镍材料包括镍核层和包覆所述镍核层的至少一部分的铝壳层，并且所述镍包铝材料包括铝核层和包覆所述铝核层的至少一部分的镍壳层，

其中，所述自熔性材料的重量占所述陶瓷刀具的刀具主体的总重量的10％-25％。

6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括：

在将所述金属陶瓷材料和所述自熔性材料压制成坯体之前，将所述金属陶瓷材料和所述自熔性材料混合均匀；或者

在将所述金属陶瓷材料和所述自熔性材料压制成坯体之前，使所述自熔性材料包覆所述金属陶瓷材料的至少一部分。

7.根据权利要求5或6所述的制造方法，其特征在于，所述金属陶瓷材料和所述自熔性材料中的每个的粒径为5μm-25μm。

8.根据权利要求5或6所述的制造方法，其特征在于，在空气气氛下在600℃-800℃下点燃所述坯体。