中國(guó)粉體網(wǎng)訊 5G時(shí)代，手機(jī)產(chǎn)業(yè)迎來(lái)革新,，氧化鋯陶瓷從這一輪技術(shù)洗牌中脫穎而出,，成了手機(jī)背板“寵兒”。2018年，小米MIX2S翡翠色的發(fā)布,，開(kāi)創(chuàng)了智能手機(jī)彩色陶瓷時(shí)代,，彩色氧化鋯也被漸漸大眾所認(rèn)識(shí)。
彩色氧化鋯產(chǎn)品,，來(lái)源：江蘇福瑞思
隨著電子通信的發(fā)展和人民生活水平的提高,，彩色氧化鋯陶瓷基于其良好的生物相容性，優(yōu)良的金屬光澤,，良好的機(jī)械性能在我們?nèi)粘Ｉ钪械玫搅嗽絹?lái)越廣泛的應(yīng)用,，包括醫(yī)學(xué)牙科修復(fù)材料，裝飾品行業(yè)和移動(dòng)智能手機(jī)終端等領(lǐng)域,。但想給氧化鋯點(diǎn)“顏色”看看,，可不是那么容易的。
彩色氧化鋯的制備：一山難容二虎
目前,，市面上我們能看到的彩色氧化鋯,，主要是因?yàn)樘砑恿瞬煌南⊥猎亍⒔饘僭丶把趸锏炔牧�,，而呈現(xiàn)出豐富的顏色,。而彩色氧化鋯之所以制備困難，原因在于氧化鋯陶瓷的燒結(jié)溫度通常在1550~1650℃之間,，高溫下很多的色料或著色劑會(huì)分解,、揮發(fā)而失去效果，所以單純地添加色料或者著色劑來(lái)制備色彩鮮艷的氧化鋯陶瓷比較困難,。此外,，色料的分解會(huì)妨礙陶瓷制品的致密性，大大降低陶瓷材料本身的韌性,，影響成品質(zhì)量,。因此，彩色陶瓷制備以及對(duì)新型顏色種類(lèi)的開(kāi)發(fā)是行業(yè)內(nèi)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題,，色澤鮮艷無(wú)毒害且力學(xué)性能較好的彩色陶瓷具有非常廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用前景,。
彩色陶瓷的“命門(mén)”：粉體控制和燒結(jié)技術(shù)
1.粉體質(zhì)量的把控是關(guān)鍵
彩色氧化鋯的制備本質(zhì)上是為了著色劑可以均勻分布在氧化鋯基體中，對(duì)于復(fù)合陶瓷來(lái)講尤其是納米復(fù)合陶瓷,，由于色劑顆粒和氧化鋯基體粒徑小,、比表面積大、顆粒間存在較大的靜電引力和范德華力,，致使色劑顆粒與氧化鋯基體顆粒容易發(fā)生團(tuán)聚,，此現(xiàn)象不僅會(huì)導(dǎo)致納米復(fù)合陶瓷色度不均，還會(huì)影響其力學(xué)性能,。
那么,，如何使色劑顆粒均勻分散在氧化鋯基體中，制備出力學(xué)性能和色度兼優(yōu)的彩色氧化鋯陶瓷，其關(guān)鍵就在于能否克服粉體顆粒間的團(tuán)聚,。要想制備出性能良好,，顏色多樣的氧化鋯陶瓷，必須要找到合適的分散方法,，常用的有以下幾種制備方法有：
固相混合法：該法是工業(yè)上采用最多的制備彩色氧化鋯陶瓷的方法,，將著色劑、礦化劑等氧化物顆粒按照一定化學(xué)配比,，與穩(wěn)定氧化鋯納米粉體進(jìn)行混合,、球磨，固體顆粒晶粒在此過(guò)程中被細(xì)化,，發(fā)生了利于實(shí)現(xiàn)低溫化學(xué)反應(yīng)的微裂紋,、晶格扭曲、表面能升高等現(xiàn)象,，具有工藝簡(jiǎn)單,、成本低廉、操作方便,、易工業(yè)化等優(yōu)點(diǎn),。但該法無(wú)法克服納米顆粒團(tuán)聚的問(wèn)題。
化學(xué)共沉淀法：該法是利用鋯鹽,、穩(wěn)定劑鹽和著色離子鹽溶液混合后,，通過(guò)與堿或者碳酸鹽等的反應(yīng)，共同生成氫氧化物或者碳酸鹽沉淀,，然后加熱分解而獲得氧化鋯復(fù)合粉體,，該工藝比較復(fù)雜，但獲得的粉末純度高,、性能優(yōu)良,，同時(shí)，采用化學(xué)沉淀法時(shí)必須要注意一個(gè)問(wèn)題,，就是硬團(tuán)聚的形成,。
液相浸滲法：該是一種新型制備彩色氧化鋯陶瓷的方法，此法優(yōu)點(diǎn)在于：色劑離子可均勻分散在氧化鋯基體中,，同時(shí)能夠制備復(fù)合材料和梯度材料,。此外，運(yùn)用注射成型可獲得不同形狀的氧化鋯坯體,，再通過(guò)液相浸滲法可制備出不同形狀的彩色氧化鋯陶瓷。
2.燒結(jié)方式
除了制備方法的不同影響氧化鋯粉體的性能,，燒結(jié)方式同樣也會(huì)影響彩色氧化鋯陶瓷的性能以及顏色,。隨著學(xué)科交叉以及科技水平的提升，除了傳統(tǒng)燒結(jié)方式也出現(xiàn)了許多新型的燒結(jié)方法：
■ 放電等離子燒結(jié)法
有學(xué)者做測(cè)試，用放電等離子燒結(jié)制備中,，該法對(duì)氧化鋯陶瓷韌性影響最大的是燒結(jié)溫度,，其次是燒結(jié)時(shí)間，經(jīng)測(cè)試最佳燒結(jié)溫度是1400℃,，最佳燒結(jié)時(shí)間是5分鐘,，經(jīng)該法燒結(jié)出來(lái)的氧化鋯陶瓷硬度和斷裂韌性很高。
■ 微波燒結(jié)
微波燒結(jié)相較于傳統(tǒng)燒結(jié)方式有著不可替代的優(yōu)勢(shì),，微波燒結(jié)是一種整體形式的加熱方式,，材料把吸收的微波能量轉(zhuǎn)化為分子間的動(dòng)能以及熱能，達(dá)到材料整體加熱的效果,，材料內(nèi)部溫度梯度較小,，所以很少導(dǎo)致材料由于受熱不均導(dǎo)致開(kāi)裂。該燒結(jié)方式制備的氧化鋯物理性能更優(yōu)異,。
彩色氧化鋯顏色分類(lèi)
為滿(mǎn)足彩色氧化鋯陶瓷顏色多變,，性能穩(wěn)定，材料及制備工藝綠色無(wú)污染的需求,，國(guó)內(nèi)外研發(fā)了十余種彩色氧化鋯,。
彩色氧化鋯，來(lái)源：內(nèi)蒙古晶陶鋯業(yè)有限公司
■ 紅色陶瓷體系
紅色陶瓷的研究狀況一直不太順利,，主要原因在于色料成分不穩(wěn)定,，無(wú)法承受高溫，或者色料顯現(xiàn)鮮艷但含有對(duì)人體有害的物質(zhì),，再者就是較為穩(wěn)定且不含人體有害物質(zhì),，但顏色并不鮮艷。有研究發(fā)現(xiàn),，將氧化鐵(Fe2O3)作為著色劑,，以3YSZ為基體，制備出橙紅色的彩色氧化鋯陶瓷,，紅度值最高可達(dá)到20,，并伴隨著較高的黃度值，其顏色并不能滿(mǎn)足紅色的要求,，并且氧化鐵的加入,，極大地降低了3YSZ體系的力學(xué)性能，斷裂韌性?xún)H可達(dá)到5.0-6.0MPam1/2,，極大地限制了在工業(yè)上的應(yīng)用,，由此，紅色陶瓷也成為無(wú)法實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)的,、最稀有的一種陶瓷,。
9月25日,，華為發(fā)布新品：華為Mate 60 RS 非凡大師，其選用了紅色陶瓷設(shè)計(jì),，可謂是新的突破,。據(jù)介紹，華為在紅色陶瓷燒結(jié)過(guò)程中首次加入了CeO2稀土元素,，歷時(shí)60天的精工細(xì)作,，經(jīng)過(guò)1400℃高溫煅燒、50余道制作工序,，將這抹“紅”固定在特定參數(shù)下,，打造內(nèi)外如一的通體紅色，成為紅色陶瓷在手機(jī)行業(yè)中首次量產(chǎn),、商用的里程碑,。
華為Mate 60 RS 非凡大師，來(lái)源：華為官網(wǎng)
由此可見(jiàn),，通過(guò)調(diào)整摻入稀土元素的種類(lèi),，可以改變其顏色明度色調(diào)等，摻雜稀土的色料具有顏色穩(wěn)定耐高溫等特性,，稀土元素的特殊電子層構(gòu)成同樣對(duì)于陶瓷顯色有著重要的意義,，因此稀土摻雜的氧化鋯陶瓷顯色無(wú)疑會(huì)成為未來(lái)彩色陶瓷色料研究中的重點(diǎn)。
■ 黑色陶瓷體系
隨著陶瓷發(fā)展,，人們?cè)诤谟粤系幕A(chǔ)上做了很多改進(jìn),，形成了目前日常生活中隨處可見(jiàn)的黑色陶瓷色料。近年來(lái),，由于化工原料氧化鈷來(lái)源稀缺,，價(jià)格昂貴，為了降低成本,，人們使用MnO2,、Fe2O3、Cr2O3為原料制備的無(wú)鈷黑色氧化鋯陶瓷著色劑,，燒成三種不同色系的尖晶石,，形成呈深褐色的鉻鐵尖晶石，呈暗紅色的鐵錳尖晶石,，呈暗綠色的鉻錳尖晶石,，通過(guò)調(diào)節(jié)配料比控制各尖晶石含量，三種顏色相互影響,，就可制得呈色穩(wěn)定的黑色著色劑,，而且極大的降低了成本，經(jīng)濟(jì)效益得到提高,。
黑色氧化鋯陶瓷,，來(lái)源：深圳市康柏工業(yè)陶瓷有限公司
然而,，在黑色氧化鋯陶瓷的制備過(guò)程中，復(fù)相的尖晶石結(jié)構(gòu)容易與氧化鋯基體反應(yīng),，破壞尖晶石結(jié)構(gòu)，相穩(wěn)定性降低,，陶瓷容易開(kāi)裂,，成型困難。此外,，還原氧化鋯粉體制備的色料顏色為灰黑色,，這也為亮黑色的制備帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)。
■ 藍(lán)色陶瓷體系
鈷是最早被開(kāi)發(fā)出來(lái)用于藍(lán)色釉料的元素,，一直到目前為主,，工業(yè)上依然主要依靠氧化鈷(CO2O3)來(lái)合成藍(lán)色尖晶石化合物色料進(jìn)一步制備藍(lán)色陶瓷。
目前藍(lán)色色系的陶瓷顏料主要有以釩鋯藍(lán)色料為著色劑,、鈷鋁尖晶石,、鎳鋁尖晶石以及使用其他離子替代鈷離子位置的尖晶石類(lèi)的著色劑、六鋁酸鹽以及鑭系著色劑為代表的相關(guān)著色劑,，在保證顯色性能和力學(xué)性能的基礎(chǔ)上,，繼續(xù)探索環(huán)境友好以及經(jīng)濟(jì)的藍(lán)色色系著色劑仍是目前研究方向的重點(diǎn)。
參考來(lái)源：
李洪超：美學(xué)氧化鋯陶瓷的制備與性能研究
呂浩東：稀土摻雜氧化鋯陶瓷的制備及顯色機(jī)理研究
陳蓓：彩色氧化鋯陶瓷燒結(jié)工藝研究
韓丹等：稀土彩色氧化鋯陶瓷的研究進(jìn)展
先進(jìn)陶瓷在線(xiàn)：市面上“五顏六色”的氧化鋯陶瓷加工難度在哪?
丁鈺軒等：彩色氧化鋯的研究現(xiàn)狀及展望.佛山陶瓷
鳳凰網(wǎng)財(cái)經(jīng),、中國(guó)粉體網(wǎng)
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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