一种陶瓷材料及其制备方法和由该陶瓷材料制成的胶囊咖啡机刺破针技术

本申请涉及无机材料领域，具体公开了一种陶瓷材料及其制备方法和由该陶瓷材料制成的胶囊咖啡机刺破针。陶瓷材料包括氧化锆，稳定剂，二氧化硅，钛酸钡和氧化铝；其制备方法为：包括制备混合凝胶前驱体、水合反应、湿法研磨、喷雾干燥、添加粘结剂混炼、脱除粘结剂和烧结等步骤。本申请的陶瓷材料，可用于制备的胶囊刺破针，其既不会由金属气味混入到咖啡中，又保证了胶囊刺破针具有较长的使用寿命；另外，本申请的制备方法具有操作方便，成品率高等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷材料及其制备方法和由该陶瓷材料制成的胶囊咖啡机刺破针
本申请涉及无机材料领域，更具体地说，它涉及一种陶瓷材料及其制备方法和由该陶瓷材料制成的胶囊咖啡机刺破针。
技术介绍
胶囊式咖啡机是近年出现的新型咖啡机。相对于现磨咖啡机，胶囊咖啡机无需磨豆，冲泡更方便、快捷，口味一致性好，适合宾馆、酒店、办公场所等冲泡咖啡。所谓胶囊咖啡机就是厂商预先将咖啡粉装入一个塑料胶囊内，然后充入氮气以保鲜，在喝咖啡时将胶囊装入胶囊咖啡机中，咖啡机的进水机构将进水刺破针刺入塑料胶囊的一侧，然后注入高温高压水，对胶囊内的咖啡粉进行溶解、萃取，释放咖啡的芳香。萃取一定时间后，咖啡机的出水刺破针刺破胶囊的另外一侧，将萃取完成的成品咖啡液体抽出，注入杯子中。然而，目前大多的进水刺破针采用的是不锈钢刺破针。这是因为不锈钢不易生锈，成本低，且相对环保无毒。但随着胶囊咖啡销量的日益上扬，市场对于咖啡机的要求也越来越高。而不锈钢由于其本身的金属特点，在使用后，咖啡中会留下一股极淡的金属味道，类似于用不锈钢水果刀削水果后，会在水果表面残留金属味道一样，从而非常影响口感。另外，不锈钢由于本身硬度较低，所制成的出水刺破针，其针尖很容易由于反复穿刺胶囊而变钝，从而影响使用寿命短。因此，为了提升胶囊咖啡机的品质，改善其所冲泡的咖啡口感，以及刺破针的使用寿命，因此，需要对胶囊咖啡机的刺破针改进。
技术实现思路
为了提高刺破针的硬度以及避免咖啡中出现异味，本申请提供一种陶瓷材料及其制备方法和由该陶瓷材料制成的胶囊咖啡机刺破针。第一方面，本申请提供一种陶瓷材料，采用如下的技术方案：一种陶瓷材料，按质量百分数计，包括如下组分，氧化锆85.34%～86.74%，稳定剂8.40～9.71%，二氧化硅0.09～0.85%，钛酸钡0.85～4.34%和氧化铝0.43～2.56%。通过采用上述技术方案，由于采用了氧化锆、二氧化硅、钛酸钡和氧化铝等所组成的陶瓷材料，将其制成胶囊咖啡机刺破针，这样在刺破胶囊的时候，避免了咖啡中被混入金属味道的可能性。同时，二氧化硅作为玻璃相，填充于氧化锆晶粒的晶界之间，从而减少了间隙，提高了陶瓷致密度。钛酸钡有压电效应，在收到外力作用时，可以将外应力转化为微量电荷，起到分散吸收应力作用，从而可以提高陶瓷体承受外应力的能力，保证了刺破针在长期使用过程中不易变钝。优选的，所述稳定剂为氧化钇3.75～5.55%，氧化铈0.31～0.93%，氧化镁0.11～0.17%，氧化镧1.20～2.95%，氧化钐0.81～2.48%和氧化钪0.24～0.47%。。通过采用上述技术方案，选用氧化钇3.75～5.55%，氧化铈0.31～0.93%，氧化镁0.11～0.17%，氧化镧1.20～2.95%，氧化钐0.81～2.48%和氧化钪0.24～0.47%作为稳定剂，降低了氧化锆在1200℃温度下发生相变，转变为单斜相氧化锆，并伴随体积膨胀，而导致陶瓷体脱皮和开裂的问题。从而，在1200℃温度下，有助于氧化锆处于亚稳定四方相状态，进而提高烧结过程中的成品率。第二方面，本申请提供一种胶囊咖啡机陶瓷刺破针的制备方法，采用如下的技术方案：一种陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一：将ZrOCl2·8H2O溶于去离子水中配制成1mol/L氧氯化锆溶液，并加入稳定剂的前驱体，之后调整pH值为9～11，搅拌，生成混合凝胶前驱体，并冲洗直至无氯离子检出为止；步骤二：将混合凝胶前驱体与过量的去离子水混合均匀，得到凝胶水溶液，并调整pH值为8～10，之后于150～250℃及0.8～2MPa条件下，水合反应2～5小时，得到水合反应物；步骤三：将水合反应物冲洗过滤后，冷冻干燥，得到纳米复合氧化锆粉体；步骤四：向纳米复合氧化锆粉体中加入纳米二氧化硅和钛酸钡粉体，之后进行湿法研磨，得到浆料I；步骤五：取规定质量的片状氧化铝粉体，于去离子水中均匀分散，之后与步骤五的浆料I混合均匀，得到浆料II；步骤六：将浆料II进行喷雾干燥，得到陶瓷粉体，并与粘结剂进行混炼，之后冷却得到坯料；步骤七，将坯料注射成型，得到生坯，将生坯进行烧结、机加工得到成品。通过采用上述技术方案，使得最终陶瓷材料的内部结构是成亚稳定四方相状态，从而进一步提高了陶瓷材料的硬度，降低了胶囊刺破针在多次使用后出现形变（相变）的可能性，从而延长了使用寿命。优选的，所述稳定剂的前驱体为硝酸盐。通过采用上述技术方案，在烧结过程中，硝酸盐会分解成金属氧化物和氮氧化物，而氮氧化物普遍为气体，其能够从陶瓷中脱离处理，从而降低了杂质残留于陶瓷中的可能性。优选的，步骤二中选用氨水将凝胶水溶液的pH值调成8～10。通过采用上述技术方案，一方面氨水能够快速将凝胶水溶液的pH值调成8～10，另一方面残留的氨水在干燥和烧结过程中容易分解成氨气，从而相比于使用强碱来说，能够减少杂质离子残留在陶瓷中，而影响到杂质的质量。优选为，步骤六的粘结剂按质量百分数计，包括如下,石蜡40～50%、微晶蜡5～10%、PMMA10～20%、PS10～20%、APP10～20%、EVA2～5%、山嵛酸1～5%和单甘脂1～5%。通过采用上述技术方案，利用本申请的粘结剂来粘结陶瓷粉体，这样能够提高坯体的稳定性，降低了后续坯体搬运过程中出现损坏的可能性。优选为，步骤七中，在烧结前，先将成型后的咖啡机陶瓷刺破针生坯放入中温脱脂炉中，并先以2～5℃/min从室温升至100℃，再以0.5～2℃/min从100升至250℃，接着以1～2℃/min从250升至450℃，最后以3～5℃/min从450升至750℃。通过采用上述技术方案，将升温过程分成多个阶段，这样有助于粘结剂在陶瓷致密化前，能够顺利地从陶瓷中脱离出来，从而降低了陶瓷发生开裂的可能性。优选为，步骤七中，烧结时先以5～10℃/min从室温升至1000℃，再以3～5℃/min从1000℃升至1380℃，之后自然降温至1200℃，并保温6～12小时，最后冷却至室温。通过采用上述技术方案，用多温段逐步提升的方式来加热烧结坯体，这样坯体在发生致密化之前，坯体内的未排出的粘结剂，能够顺利地从坯体中排出，从而降低了陶瓷材料在烧结过程中因未能够及时排胶而发生开裂的可能性。优选为，步骤四中，湿法研磨是向氧化锆粉、纳米二氧化硅和钛酸钡粉体的混合料中加入去离子水喝氧化锆磨球，混合料、氧化锆磨球和去离子水的质量比为1：5：0.3。通过采用上述技术方案，一方面能够使得原料被研磨至需要的规格，另一方面选用氧化锆磨球作为研磨剂，也能够避免其他杂质混入到原料中，从而保证了最终陶瓷材料的质量。第三方面，本申请提供一种胶囊咖啡机刺破针，采用如下的技术方案：一种胶囊咖啡机刺破针，由上述的一种陶瓷材料制成。通过采用上述技术方案，选用本申请的陶瓷材料制成胶囊咖啡机刺破针，这样既能够避免金属气味混入到咖啡中，又能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种陶瓷材料，其特征在于：按质量百分数计，包括如下组分，氧化锆85.34%～86.74%，稳定剂8.40～9.71%，二氧化硅0.09～0.85%，钛酸钡0.85～4.34%和氧化铝0.43～2.56%。/n

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷材料，其特征在于：按质量百分数计，包括如下组分，氧化锆85.34%～86.74%，稳定剂8.40～9.71%，二氧化硅0.09～0.85%，钛酸钡0.85～4.34%和氧化铝0.43～2.56%。


2.根据权利要求1所述的一种陶瓷材料，其特征在于：所述稳定剂为氧化钇3.75～5.55%，氧化铈0.31～0.93%，氧化镁0.11～0.17%，氧化镧1.20～2.95%，氧化钐0.81～2.48%和氧化钪0.24～0.47%。


3.如权利要求1和2中任意一项权利要求所述一种陶瓷材料的制备方法，其特征在于；包括如下步骤：
步骤一、将ZrOCl2·8H2O溶于去离子水中配制成1mol/L氧氯化锆溶液，并加入稳定剂的前驱体，之后调整pH值为9～11，搅拌，生成混合凝胶前驱体，并冲洗直至无氯离子检出为止；
步骤二、将混合凝胶前驱体与过量的去离子水混合均匀，得到凝胶水溶液，并调整pH值为8～10，之后于150～250℃及0.8～2MPa条件下，水合反应2～5小时，得到水合反应物；
步骤三、将水合反应物冲洗过滤后，冷冻干燥，得到纳米复合氧化锆粉体；
步骤四、向纳米细晶复合稳定氧化锆粉中加入纳米二氧化硅和钛酸钡粉体，之后进行湿法研磨，得到浆料I；
步骤五、取规定质量的片状氧化铝粉体，于去离子水中均匀分散，之后与步骤四的浆料I混合均匀，得到浆料II；
步骤六、将浆料II进行喷雾干燥，得到陶瓷粉体，并与粘结剂进行混炼，之后冷却得到坯料；
步骤七、将坯料按要求注射成型，得到生坯，将生坯进行烧结、机加工得到成品。

【专利技术属性】
技术研发人员：杨辉，
申请(专利权)人：宁波泰科先进陶瓷有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33