包括石墨烯的涂覆剃刀片的制作方法

以下描述涉及涂覆到剃须刀的刀片的涂层。涂层通常包含石墨烯、石墨烯基材料和/或涂覆到刀片的切削刃的类似2-d材料。

背景技术：

常规地，切削刃可包含可以是已被研磨的切削刃的部分的基材、硬涂层和润滑涂层。硬涂层粘附到基材，且润滑涂层粘附到硬涂层。为了提高耐腐蚀性、边缘强化性、耐磨性和剃须性能，已研磨的切削刃由硬涂层覆盖。硬涂层可包含一个或多个可区分层，例如夹层、主层和外涂层。夹层促进主层与已研磨基材的接合，且外涂层用以改良润滑涂层与主层的粘合。但是，主层提供防腐蚀性并决定切削刃的强度。一般来说，硬涂层的性质极大地取决于主层的性质。

目前，铬(cr)、铬-铂(cr-pt)混合物、铬-碳(cr-c)混合物、金刚石、类金刚石碳(dlc)、氮化物、碳化物、氧化物、硼化物以及层混合物和/或组合，在添加或不添加上文提及的金属元素中的任一个的情况下，用作主层的组分。这些材料的缺点在于其较厚并增加抑制的剃须性能的效率的切割力。此外，虽然这些硬涂层在沉积在基材上时具有强度和/或改良的边缘强度是众所周知的，但具体地说，并不能得知其比石墨烯更强。

技术实现要素：

本公开可向刀片的切削刃提供一种包含石墨烯和/或石墨烯基材料和/或类似2-d材料的硬涂层，其中所述硬涂层克服常规切削刃硬涂层的缺点。更具体地说，本公开的方面可包含将石墨烯和衍生物特定用作所述硬涂层的主层的组分。

其它方面包含一种用于涂布基材的方法，所述方法包含将所述基材引入到减压气氛室；使所述基材暴露于rf等离子体；使所述基材经受碳前体；将一层或多层石墨烯或石墨烯基材料沉积到所述基材上；在所述基材上形成涂层。涂层包含一个或多个可区分层，包含夹层、主层和外涂层。所述可区分层可含有石墨烯或石墨烯基材料，或所述可区分层中的每一个可由一层或多层石墨烯或石墨烯基材料形成。所述涂层还可包含夹层、主层、外涂层或其任何组合。

其它方面包含一种包含一个或多个刀片的剃刀，其中硬涂层安置于所述一个或多个刀片中的至少一个上。所述硬涂层包含选自由以下各项组成的群组的一种或多种纳米材料：多层材料、纳米复合材料、2-d材料、范德华(vanderwaals)异质结构、混合化合物和其组合、以及石墨烯或石墨烯基材料。

附图说明

图1详述具有涂层的剃刀片切削刃。

图2详述图1的剃切削刃，其示出硬涂层的可区分层。

图3详述剃须装置。

图4详述根据本公开的方面的剃刀片。

图5详述根据本公开的另一方面的剃刀片。

具体实施方式

本公开的方面包含可包含例如夹层15、主层16和外涂层20等一层或多层的硬涂层12。主层16可安置于夹层15上方和外涂层20下方。夹层15可用以促进主层16与剃刀片9的基材和/或切削刃10的接合。可用作夹层15的材料可以是但不限于cr、ti、nb、mo、al、ni、cu、zr、w、v、si、co、任何合金或其任何组合。外涂层20可用以改良例如聚合薄膜等外润滑涂层17与主层16的粘合。可用以促进外润滑涂层17与主层16接合的材料可包含但不限于cr、ti、nb、mo、其任何合金和/或化合物。尽管石墨烯可在本文中详述为用作主层16，但根据其它方面，二硼化钛也可用作主层16的一部分。在其它方面中，石墨烯和/或石墨烯基材料也可用作外涂层20，以促进接合外润滑涂层。但是，如下文详述，主层16可包含石墨烯和/或其任何衍生物。

迄今为止，已发现石墨烯是有史以来测得的最强材料之一。石墨烯比金刚石更强，具有130gpa的拉伸强度、约1tpa的平面内杨氏模量，并已知为比钢强一百倍。石墨烯和例如石墨、碳纳米管(cnt)等其它碳相关材料由于其防腐性质而为人熟知。具体地说，石墨烯由以蜂巢晶格布置的碳原子的单个原子层组成。晶格是超密集网络，其完全不可渗透，由此提供保护材料或基材免受腐蚀的能力。同时，石墨烯极薄，厚度是大致0.33nm，这避免变更石墨烯施加到的保护材料或基材的化学性质。具有可能数个原子厚的超薄加强涂层的能力将有助于降低切割力，由此改良剃须性能。因此，沉积于剃刀片9的切削刃10上的硬涂层12将改良剃刀片9的强度、耐磨性和耐腐蚀性，所述硬涂包含石墨烯作为主层16中的主要组分。此外，因为石墨烯是薄的并包含润滑特性，所以在一些方面中，其最终也可用作润滑涂层。

但是，在大规模生产使用之前，需要合成石墨烯。合成石墨烯是指用于制造或提取石墨烯的任何工艺。传统上，存在用于合成石墨烯的六种众所周知的技术和其它化学法，例如机械切割(机械去角质)、化学去角质、化学合成、外延生长、化学气相沉积(cvd)、总有机合成。

化学气相沉积(cvd)最常用以在表面/基材上直接沉积/生长高质量、大面积的石墨烯片(表面面积>5cm²)。一般来说，工艺涉及将基材放置于惰性气氛处理室/炉中并将基材加热到1000℃或更高。将基材加热到1000℃或更高的步骤将确保在沉积/生长步骤之前清洁基材。碳前驱体/源(例如，甲烷、电石气或固体碳)与惰性气体的气体混合物被引入到室中，从而起始沉积/生长工艺。最后，在数分钟内在惰性气氛中快速冷却基材，且一旦温度低于100℃，就从室卸载基材。当基材冷却时，基材上的碳的可溶性降低，且碳沉淀以在基材上形成大型石墨烯单层(单个层)到大型多层石墨烯片。

根据一个方面，在剃刀片9的基材或切削刃10上合成并沉积石墨烯可包含在减压气氛环境中放置剃刀片9的基材或切削刃10。但是，在引入碳前驱体和形成石墨烯之前，剃刀片9的基材或切削刃10可通过经受或接近室温等离子体(rf等离子体)来得以清洁。合成并沉积石墨烯的此方法被称为等离子体辅助化学气相沉积(pecvd)。而非如cvd中使用惰性气氛处理室，本公开的方面包含使用pecvd方法，其中可将剃刀片9的基材或切削刃10放置于减压气氛(真空环境，其中压力介于25毫托到0.5托的范围内，且更佳地介于25毫托与40毫托之间的范围内，且处理期间的压力维持在500毫托下)中。

在一些方面中，可能需要激发含于rf等离子体中的电子，以便使剃刀片9的基材或切削刃10经受受限于减压气氛室内的rf等离子体。举例来说，evenson空腔是微波等离子体源，其能够在范围介于几毫托到几百托的压力下维持静态和流动气体中的放电。在一个方面中，evenson空腔可用以促进在减压气氛室内激发含于rf等离子体中的电子。激发rf等离子体电子促进分散rf等离子体，由此允许rf等离子体围绕剃刀片9的基材或切削刃10分散。在气体(例如，氢气)的流速是2sccm的情况下，evenson空腔可在15分钟的时段内具有40w的输入功率。在剃刀片9的基材或切削刃10已经受rf等离子体之后，可接着熄灭rf等离子体。可接着将剃刀片9的基材或切削刃10加热到200℃的生长/沉积温度，例如但不大于800℃。根据一些实施例，在42毫托下的2sccm清洗气体(例如，氢气)的流动下的减压气氛内，生长/沉积温度可以是例如400℃。将剃刀片9的基材或切削刃10加热到低于1000℃的温度，且更确切地说加热到至少400℃但到不大于800℃的温度会降低能量/生产成本，并此外改良石墨烯的质量，这是因为由石墨烯在剃刀9的基材或切削刃10的快速冷却过程期间承受的应力会大幅度减小或可能实际上不存在。尽管氢气可详述为用于减压气氛室中，但在一些方面中，还可利用例如氮气、氩气、其它惰性气体、氯气、其它卤素、这些气体(例如，氯气和氩气)的混合物等其它气体。使剃刀片9的基材或切削刃10暴露于rf等离子体会清洁和/或移除来自剃刀片9的基材或切削刃10的自然氧化物，因此增加剃刀片9的基材或切削刃10的反应性来在暴露于和/或经受碳前驱体时后续沉积石墨烯。

在使剃刀片9的基材或切削刃10暴露于rf等离子体之后，可接着在减压气氛室内将碳前驱体添加到剃刀片9的基材或切削刃10。关于一个方面，碳前驱体可以是例如ch4、预混合h2与ch4或其它合适的碳源。可将碳前驱体添加到35sccm流速下的减压气氛室，这可将减压气氛室内的全压增大到500毫托或更小。但是，在碳前驱体流动期间，温度可以是室温、低于室温的温度、或高于室温的温度。碳前驱体的流动致使在剃刀片9的基材或切削刃10上沉积石墨烯。

可接着在例如大致十五分钟的预定时间段内使剃刀片9的基材或切削刃10经受碳前驱体，且形成石墨烯。可接着在相同流动和压力条件(即，35sccm的流速和500毫托或更小的压力)下冷却剃刀片9的基材或切削刃10。石墨烯可形成于刀片9的基材或切削刃10的一侧或两侧上，但可优选地沉积于两侧上。

在冷却之后，可即刻从减压气氛室移除剃刀片9的基材或切削刃10并检测基材或切削刃。可以通过拉曼(raman)光谱确认石墨烯的存在质量，其中1580和～2700cm^-1下的石墨烯g和2d的两个特性峰的存在和～1350cm^-1下的显著有缺陷峰值的不存在指示石墨烯片具有良好的质量。

在一些方面中，在减小的温度下使用pecvd方法，可在单个步骤中产生大面积和高质量石墨烯片(例如，石墨烯膜)。在此方面中，剃刀片9的基材或切削刃10可经受含有痕量碳前体的氢等离子体，例如甲烷。

根据其它方面，在剃刀片9的基材或切削刃10上生长/沉积石墨烯的各种替代性方法可包含例如原子层化学气相沉积(alcvd或原子层cvd)、大气压等离子体化学气相沉积(apcvd或大气压等离子体cvd)、气液固(vls)方法、溅镀或物理气相沉积工艺。对于cvd工艺，甲烷、电石气或固体碳可用作碳源或碳前驱体。

又其它方面可包含以下步骤：在至少300℃到至少约500℃的温度下使剃刀片9的基材或切削刃10与c1-c18含烃化合物的蒸汽接触，以在任何位置形成1到10个单层石墨烯。有利地，根据方法的此方面，可通过化学气相沉积(cvd)或原子层沉积形成石墨烯。

根据其它方面，可通过一个或多个原子层沉积(ald)循环形成石墨烯单层(单个层)。每个ald沉积循环可产生单层石墨烯，其中逐层建构石墨烯层的堆叠。ald沉积循环可包含以下步骤：可在ald反应室中使剃刀片9的基材或切削刃10与c1-c18含烃化合物的蒸汽接触。在剃刀片9的基材或切削刃10暴露于c1-c18含烃化合物的蒸汽之后，可视情况用惰性气体(例如，氩气、氦气、氮气等)清洗ald反应室。

在其它方面中，生长/沉积石墨烯可包含其它石墨烯基材料或也可生长/沉积于剃刀片9的基材或切削刃10上的其它材料，举例来说：

1.石墨烯基材料可包含但不限于多层石墨烯纳米团粒或大面积片(作为通过范德华力相互作用的平均厚度高达10nm的极少原子平坦层的堆叠)、石墨纳米团粒、碳纳米管(单或多壁cnt)、类金刚石碳(dlc)、石墨、非晶碳、巴克(bucky)球。

2.平均厚度分别高达10nm或大于10nm的薄或厚2-d材料的纳米团粒或大面积片，包含但不限于石墨烯、氮化硼(bn)、硫化钨(iv)(ws2)、二硫化钼(mos2))。

3.混合化合物，包含通过混合单或多石墨烯大型片或纳米团粒、碳纳米管(单或多壁cnt)、类金刚石碳(dlc)、石墨、非晶碳和巴克球cnt与其它2-d材料的合适组合来制造的材料。

4.范德华力异质结构，其包含石墨烯或多层石墨烯与不同2-d材料的逐层堆叠。

5.氧化石墨烯可包含氧化石墨烯纳米团粒、通过范德华力相互作用的平均厚度高达约10nm且侧向大小高达约100μm的单层和多层平坦片。

6.氧化石墨可包含氧化石墨纳米团粒，纳米团粒可包含厚度大于约10nm沉积工艺的晶体；从而提供大于约5cm²的表面面积。

在其它方面中，硬涂层12可包含若干复合物配置。举例来说，硬涂层12可包含以下各项中的任一个。

1.仅单层石墨烯或任何石墨烯基材料或任何2-d材料。

2.分别具有石墨烯或石墨烯基材料或2-d材料、或混合化合物或范德华异质结构和金属或陶瓷或氧化物或氮化物和硼化物的交替层的多层结构。金属可以是ti、cr、pt、co、w、v、nb、mo、ni、al、si、hf、b、zr、cu和/或其任何合金。

纳米复合材料，其中石墨烯或石墨烯基材料或2-d材料或混合化合物或范德华异质结构可用作基质或嵌入相。在第一种方法中，嵌入相可以是金属，例如cr、pt、al、ti、以及氧化物、陶瓷和/或碳化物的任何组合。在第二种方法中，石墨烯或石墨烯基材料或2-d材料、或混合化合物或范德华异质结构可嵌入有金属、陶瓷、碳化物、硼化物或氮化物基质。

在其它方面中，硬涂层12可包含可通过将石墨烯与例如六边形bn(hbn)层等其它2-d薄或厚材料合在一起或通过在一个层上形成另一层来制造的复合材料。举例来说，当使用石墨烯/hbn复合材料时，上面安置有石墨烯层的剃刀片9的基材或切削刃10可包含沉积于石墨烯层上以促进在石墨烯上形成hbn层的氮化硼源材料。因此，可在沉积期间将石墨烯层用作hbn层的模板。可通过任何已知方法沉积hbn层，包含cvd和pvd工艺。

实施例包含将例如hbn层等2-d材料用作模板来沉积的石墨烯层。石墨烯层可包含多个石墨烯单层，且hbn层可包含多个hbn单层，且所述多个石墨烯层与所述多个hbn层可上下交替。

然而，当使用例如机械切割(机械去角质)、外延生长或化学法等替代性方法来产生石墨烯时，硬涂层可包含：

1.石墨烯纳米团粒、多层石墨烯纳米团粒和石墨纳米团粒，其可通过使用透明胶带来从石墨剥离而得以隔离。

2.石墨烯纳米团粒和多层石墨烯纳米团粒，其通过外延生长或通过总有机合成合成，可涂覆到基材或切削刃的表面的至少一部分。

石墨烯纳米团粒和多层石墨烯纳米团粒可基本上存在于基材的整个表面上方，并具有10到500nm的厚度。石墨烯纳米团粒可在此处定义为单个原子层，且多层石墨烯纳米团粒可在此处定义为通过范德华力相互作用的平均厚度高达10nm且侧向大小高达100μm的极少原子层的堆叠(单个层)。

3.氧化石墨烯和氧化石墨纳米团粒，其分别可在多层石墨烯或石墨的化学氧化之后产生。

根据其它方面，已发现碳炔的至少类似于且可能优于石墨烯的强度。碳炔可具有石墨烯的拉伸强度两倍的拉伸强度；并还可展现石墨烯和碳纳米管的拉伸刚度的两倍和金刚石的拉伸刚度的几乎三倍。因而，替代石墨烯，硬涂层12的主层16可包含碳炔作为主要组分。碳炔是互相连结的碳原子的无限长一维链。碳原子链可通过替代性三键和单键或通过连续双键连结。碳炔可进一步包含两个石墨烯片，其叠加放置且经卷绕以产生双壁管。可接着合成管内部的碳炔，由此出于稳定性而提供保护壳并允许材料保持完好以供使用。还可通过类似于使用石墨烯的方法的方法，例如等离子体辅助化学气相沉积(pecvd)、原子层化学气相沉积(alcvd或原子层cvd)、大气压等离子体化学气相沉积(apcvd或大气压等离子体cvd)、气液固(vls)方法、溅镀或物理气相沉积工艺，以可察觉方式在剃刀片9的基材或切削刃10上沉积合成碳炔。

在其它方面中，硬涂层12可粘附到剃刀片9的切割10。剃刀片9可由例如不锈钢等原料的连续基材形成，其中连续基材已在先前经受冶金处理。举例来说，连续基材可主要是铁，其按重量计是c：0.40到0.80％；si：0.10到1.5％；mn：0.1到1.5％；cr：11.0到15.0％；且mo：0.0到5.0％。尽管详述此不锈钢调配，但还可将其它不锈钢材料用作连续基材。此外，还可考虑例如陶瓷和玻璃等材料。剃刀片9的切削刃10可具有期望刀片轮廓，所述期望刀片轮廓可在连续基材的一部分已经受研磨工艺以形成期望轮廓之后形成。

在其它方面中，在已形成刀片轮廓之后，可将已被研磨的剃刀片9的切削刃10引入到沉积室中以便涂布硬涂层12。硬涂层12可包含一个或多个可区分层，例如夹层15、主层16和外涂层20。夹层15促进主层16与已研磨基材/剃刀片9的切削刃10的接合，且外涂层20用以改良外润滑涂层17与主层16的粘合。一般来说，硬涂层12可包含：

1.仅单层石墨烯或任何石墨烯基材料，包含但不限于多层石墨烯纳米团粒或大面积片、碳纳米管(单或多壁cnt)、类金刚石碳(dlc)、石墨、非晶碳、巴克球、其它薄或厚2-d材料，包含但不限于纳米团粒或大面积氮化硼(bn)片、硫化钨(iv)(ws2)、二硫化钼(mos2)。

2.混合化合物，包含通过混合单或多石墨烯大型片或纳米团粒、碳纳米管(单或多壁cnt)、类金刚石碳(dlc)、石墨、非晶碳和巴克球cnt与其它2-d材料的合适组合来制造的材料。

3.范德华力异质结构，其包含石墨烯或多层石墨烯与不同2-d材料的逐层堆叠。

4.分别具有石墨烯或石墨烯基材料或2-d材料、或混合化合物或范德华异质结构和金属或陶瓷或氧化物或氮化物和硼化物的交替层的多层结构。金属可以是ti、cr、pt、co、w、v、nb、mo、ni、al、si、hf、b、zr、cu和/或其任何合金。

5.纳米复合材料，其中石墨烯或石墨烯基材料或2-d材料或混合化合物或范德华异质结构可用作基质或嵌入相。在第一种方法中，嵌入相可以是金属，例如cr、pt、al、ti、以及氧化物、陶瓷和/或碳化物的任何组合。在第二种方法中，石墨烯或石墨烯基材料或2-d材料、或混合化合物或范德华异质结构可嵌入有金属、陶瓷、碳化物、硼化物或氮化物基质。

在其它方面中，在已通过沉积工艺将硬涂层12沉积于剃刀片9的切削刃10上之后，可接着用外润滑涂层17覆盖剃刀片9的切削刃10。外润滑涂层17可以是疏水的或亲水的，如多氟烃，例如聚四氟乙烯(ptfe)。外润滑涂层17提供剃须装置200剃须刀架105与皮肤之间的摩擦力减小。

在其它方面中，一旦硬涂层12和外润滑涂层17已沉积于剃刀片9的切削刃10上，所述剃刀片便可接着装配有剃须装置200。剃须装置可包含剃须手柄201和剃须刀架105。剃须刀架105可固定地或可移除地紧固到剃须手柄201。两个或更多个剃刀片9可以可移动地或固定地装配到剃须刀架105上。在一些方面中，剃须刀架105可以是剃须装置200的部分或可与剃须装置200分离。在一些方面中，剃刀片9可通过弹性指状物可移动地安装到剃须刀架105。弹性指状物弹性地使剃刀片9偏置朝向静止位置。在其它方面中，剃刀片9a可固定地焊接到支撑件29。支撑件29可以由金属材料制成且形成为l形横截面。替代地，剃刀片9可以是一体弯曲的刀片9b，其中硬涂层12可施加在切削刃10与弯曲部分30之间。

虽然已在前述描述中详细描述本公开的方面，但应认为前述描述本质上是说明性而非限制性的，应理解，已示出并描述仅一些方面，且期望属于本公开的精神内的所有改变和修改受到保护。尽管已描述本公开的特定方面，但本领域的技术人员将显而易见，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下进行其它改变和修改。因此，意图在所附权利要求书中涵盖在本公开的范围内的所有此类改变和修改。