藍(lán)色氧化鋯陶瓷是如何制備的

   氧化鋯陶瓷因強度高、硬度大、韌性好、折射率高、寶石光澤及無過敏作用等特點，已成為各類高檔裝飾品的新寵材料，如汽車內(nèi)飾、手機外殼、表殼、表鏈、手鏈、寶石、相機等等。就大家熟悉的手機外殼而言，目前生產(chǎn)的ZrO2 陶瓷通常只有黑色和白色兩種，但其他彩色的氧化鋯產(chǎn)品是不是生產(chǎn)不出來了呢？如下這塊靛藍(lán)色氧化鋯陶瓷腕表，應(yīng)該能打消你的疑慮，彩色氧化鋯是真實存在的。

 
靛藍(lán)色陶瓷腕表 備注：表殼、表圈及折疊式表扣為二氧化鋯經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成的高科技陶瓷，質(zhì)地堅硬穩(wěn)固，抗過敏，防刮花。 

藍(lán)色氧化鋯陶瓷手機背板

 但手機商在手機后蓋的材質(zhì)上并沒有采用藍(lán)色（或其他彩色的）氧化鋯陶瓷后蓋甚至不敢采用氧化鋯陶瓷后蓋。這大概與其生產(chǎn)成本是有很大關(guān)系，手機作為電子消費品，更新速度是何其的快，為一塊非主要功能的手機后蓋而耗費大量金錢是很不理智的，消費者也不一定會為此買單。如果生產(chǎn)工藝沒有得到大的突破，彩色氧化鋯的采用勢必是會受到比較大的限制。

日本東曹彩色氧化鋯樣板

有資料顯示日本東曹可提供33種彩色氧化鋯粉料，可適應(yīng)多維度的產(chǎn)品需求。此處小編本意并非想打廣告，只是想說明彩色氧化鋯是具備生產(chǎn)出來的條件的，攻城獅們還需繼續(xù)努力再努力。下文，小編就為大家分享一篇實驗室藍(lán)色氧化鋯的制備工藝。相信在不久的將來，擁有一款騷藍(lán)色手機陶瓷背板只是一個簡單的愿望。

下文為藍(lán)色氧化鋯陶瓷的制備工藝：
 眾所周知，普通彩色陶瓷的制備一般是將色料或著色劑加入到陶瓷坯體或釉料中，通過高溫?zé)桑ㄒ话愕陀?300℃）而獲得。而氧化鋯陶瓷的燒結(jié)溫度較高，一般在1550~1650 ℃。在此溫度下，大多數(shù)的色料或著色劑會分解、揮發(fā)。因此，采用簡單添加色料或著色劑的方法，難以制得呈色鮮艷的彩色氧化鋯陶瓷。、 要解決此問題，一方面需通過適當(dāng)?shù)拇胧┙档蜔Y(jié)溫度，另一方面要添加合適的著色劑及助劑抑制著色劑的分解、揮發(fā)。
 一、原料準(zhǔn)備 原料粉體：原料采用兩種3%摩爾Y2O3 穩(wěn)定的 ZrO2 粉體為主要原料：一種為微米級ZrO2 粉體，平均粒徑1.23μm，標(biāo)記為M-ZrO2。另一種為納米級ZrO2 粉體（按文獻(xiàn)3工藝制備），平均粒徑為80nm，標(biāo)記為N-ZrO2； 燒結(jié)助劑：氧化鋁粉（平均粒徑120nm）及二氧化硅粉（平均粒徑80nm）； 著色劑：Co3O4（化學(xué)純）及釩鋯藍(lán)色料。

釩鋯藍(lán)陶瓷顏料

 二、制備工藝 
1、將氧化鋯粉體與著色劑、燒結(jié)助劑（Al2O3、SiO2等）按一定的比例配料（配方見下表，然后用行星球磨機球磨3h。
2、造粒后，采用模壓成型制備素坯。干燥、燒結(jié)、精加工后得到制品，并進(jìn)行性能測試。
3、性能測試，用三點彎曲法測定材料的抗彎強度；可采用維氏硬度儀測試樣品的維氏硬度；用電鏡觀察樣品的顯微結(jié)構(gòu)；用紫外-可見光譜儀分析樣品的顏色；用X射線衍射分析儀分析樣品的物相組成。

氧化鋯制備工藝簡圖 制備藍(lán)色氧化鋯的實驗條件(注:M-ZrO2微米氧化鋯,N-ZrO2納米氧化鋯)

 三、實驗結(jié)果與分析 在本次實驗條件下，發(fā)現(xiàn)如下現(xiàn)象：
 1、ZrO2原料對藍(lán)色氧化鋯陶瓷呈色的影響 以微米級ZrO2 粉體為原料，釩鋯藍(lán)色料為著色劑，不添加助劑，制備藍(lán)色ZrO2 陶瓷，如上表A 系列配方。實驗發(fā)現(xiàn)：當(dāng)燒結(jié)溫度低于1540℃，制品的相對密度及顏色，隨著燒結(jié)溫度提高而提高；當(dāng)溫度高于1560℃，隨著燒結(jié)溫度的提高，制品的相對密度反而降低，顏色變淺；在一樣的燒結(jié)溫度下，陶瓷顯色隨色料增加而增加，但制品的強度和相對密度反而降低，且有陶瓷成品藍(lán)色較淺、不均勻的現(xiàn)象。 當(dāng)采用納米級ZrO2粉體為原料，制備藍(lán)色ZrO2陶瓷，如上表B系列配方。發(fā)現(xiàn)采用納米級ZrO2粉體后，制品的燒結(jié)溫度明顯降低；在色料加入量相同的情況下，采用納米級粉體制備的產(chǎn)品，其顏色更深、更艷麗。但是，制品的相對密度較低（小于85%）。 釩鋯藍(lán)色料是硅酸鋯固溶體型色料，由釩置換鋯形成固溶體而呈色。硅酸鋯的分解溫度約為1550℃左右，其分解會影響著色。采用微米級ZrO2 粉體為主原料時，燒結(jié)致密化溫度較高，從而導(dǎo)致色料分解，影響呈色；同時，色料的分解，也會阻礙制品的致密化。當(dāng)采用納米級ZrO2 粉體時，由于納米級粉體具有較高的表面能和燒結(jié)活性，其燒結(jié)溫度較低，不會導(dǎo)致色料的分解，因而呈色較好。但納米顆粒在燒結(jié)初期易發(fā)生異常長大，從而阻礙中后期致密化。
 2、燒結(jié)助劑的影響 采用上表C系列配方，研究燒結(jié)助劑對藍(lán)色ZrO2陶瓷呈色及性能的影響。實驗中發(fā)現(xiàn)，在同樣的燒結(jié)溫度下，添加少量助劑可使制品的相對密度增加。在樣品的SEM 照片中，可見其制品的結(jié)構(gòu)致密、晶粒細(xì)小均勻（約800nm左右）。測試得制品的硬度為13.96GPa，抗彎強度達(dá)到690MPa。說明制品具有致密的顯微結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的力學(xué)性能。

在實驗中發(fā)現(xiàn)加入燒結(jié)助劑后，制品的顏色和亮度增加。燒結(jié)助劑加入后，使燒結(jié)過程中晶界的移動速率降低，有利于氣孔沿晶界的排除，從而促進(jìn)燒結(jié)致密化。因此，所獲得制品結(jié)構(gòu)致密、力學(xué)性能優(yōu)良、顏色明亮。

藍(lán)色氧化鋯陶瓷的反射光譜圖

采用紫外-可見光譜儀對制品顏色進(jìn)行分析，圖中BV 曲線是所制備藍(lán)色陶瓷的可見光反射曲線。制品在475nm 具有較強的反射，這是釩鋯藍(lán)色料的特征顏色。(備注：BC為如下第三點的數(shù)據(jù)。) 
 3、著色劑的影響 改變著色劑為Co3O4制備藍(lán)色陶瓷。在實驗發(fā)現(xiàn)：采用微米ZrO2粉體，不添加助劑，這時制備的ZrO2陶瓷僅有微弱的藍(lán)色。大部分Co3O4揮發(fā)到匣缽上使匣缽呈藍(lán)色。 采用納米ZrO2并添加助劑，所得制品呈現(xiàn)純正鮮艷的鈷藍(lán)色。上圖“藍(lán)色氧化鋯陶瓷的反射光譜圖”中BC 曲線是其可見光反射曲線。制品在450nm 左右具有強烈的反射，制品的顏色純正鮮艷。在SEM 照片中觀察制品斷面，可見其結(jié)構(gòu)致密、晶粒細(xì)小均勻（ 約800nm）。測試得其制品的硬度為13.21GPa，抗彎強度達(dá)到613MPa。可說明制品具有致密的顯微結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的力學(xué)性能。 Co3O4 是一種重要的著色氧化物，它在高溫下易揮發(fā)，且隨溫度的升高，揮發(fā)加劇。采用微米級ZrO2 粉體時，燒結(jié)致密化溫度較高，這導(dǎo)致Co3O4急劇揮發(fā)，從而影響呈色；采用納米級ZrO2粉體且加入燒結(jié)助劑，降低了燒結(jié)溫度，抑制了Co3O4的揮發(fā)，因而呈色較好。
 4、藍(lán)色陶瓷的呈色機理 下圖為所制備的藍(lán)色ZrO2 陶瓷的XRD 圖。

可見采用釩鋯藍(lán)色料制備的ZrO2 陶瓷(BV) 其主晶相為四方相ZrO2，還有很少量的硅酸鋯相。說明高溫?zé)Y(jié)沒有使硅酸鋯分解，陶瓷的呈色是由色料導(dǎo)致。而采用Co3O4制備的藍(lán)色ZrO2陶瓷(BC) 中只有四方相ZrO2，沒有其他雜相。陶瓷的呈色可能是由于Co 溶入ZrO2 晶格中導(dǎo)致。

藍(lán)色ZrO2陶瓷的XRD 圖

在本次實驗下，滿足如下條件可制備出一塊好的騷藍(lán)色氧化鋯陶瓷。 采用納米級ZrO2粉體為原料，釩鋯藍(lán)色料為著色劑，添加少量燒結(jié)助劑，可制得性能優(yōu)良、顏色亮麗的藍(lán)色氧化鋯陶瓷。其硬度為13.96GPa，抗彎強度為690MPa。 用納米級ZrO2粉體為原料，Co3O4為著色劑，添加少量燒結(jié)助劑，可制得性能優(yōu)良、顏色亮麗的鈷藍(lán)色氧化鋯陶瓷。其硬度為13.21GPa，抗彎強度達(dá)到613Mpa。 說了這么多，你們覺得小編能實現(xiàn)擁有一塊騷藍(lán)色陶瓷背板的手機的愿望么？除了這塊騷藍(lán)色，小伙伴們還有別的想要的顏色么？ 你想擁有一塊啥顏色的手機背板呢？ 1、騷藍(lán)色 2、土黃色 3、草綠色 4、魅惑紫5、火紅色
參考來源： 1、藍(lán)色氧化鋯陶瓷的研制，山東硅苑新材料科技股份有限公司，青島科技大學(xué)材料學(xué)院，王 峰，張燦英等著。 2、彩色氧化鋯陶瓷的制備，青島科技大學(xué)材料學(xué)院，張燦英，朱海濤，李長江，王繼鑫等著。 3、兩親嵌段共聚物在納米氧化鋯制備中的作用，稀有金屬材料與工程，朱海濤、尹衍升著。   作者：粉體圈小胖 本文僅供參考學(xué)習(xí)，如涉及版權(quán)，請聯(lián)系刪除。