中國粉體網(wǎng)訊 氧化鋯陶瓷因具有高韌性、高抗彎強度和高耐磨性，優(yōu)異的隔熱性能、抗過敏性能等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于模具、刀具、陶瓷軸承、電子元器件、生物醫(yī)學(xué)材料等領(lǐng)域。近年來，隨著大量的結(jié)構(gòu)陶瓷在外表面的使用，單一的顏色已經(jīng)制約了氧化鋯陶瓷的應(yīng)用，不能滿足大多數(shù)人們對于結(jié)構(gòu)器件外觀上的要求，所以開拓豐富多彩的顏色能極大地拓寬氧化鋯陶瓷材料的應(yīng)用領(lǐng)域。目前市面上，彩色ZrO2陶瓷仍以白色和黑色為主。其中黑色氧化鋯陶瓷部件因其顏色而備受關(guān)注，在眾多高科技領(lǐng)域，如光電科技、生物醫(yī)學(xué)器件和高端的裝飾材料中獲得應(yīng)用。近年來有關(guān)黑色氧化鋯陶瓷的研究也取得一定進展。
黑色氧化鋯陶瓷
來源：深圳市康柏工業(yè)陶瓷有限公司
來自著色劑的魔法
要使陶瓷顯示出彩色，往往需要往里面加入含過渡金屬或者稀土金屬的氧化物或其他化合物。經(jīng)研究，硅酸鋯基陶瓷顏料因耐高溫性、高化學(xué)穩(wěn)定性及呈色范圍寬等優(yōu)點而最具實用價值。
ZrO2-SiO2-過渡金屬氧化物系
許多過渡金屬的氧化物或氟化物進入ZrO2-SiO2晶格時，能形成呈色結(jié)構(gòu)物。過渡金屬氧化物或氟化物在其中起呈色成分的作用。這些過渡金屬元素是鐵、鉻、錳、鉆、鎳、銅、釩、鉬、銀、金等。
ZrO2-SiO2-過渡金屬氧化物系顏料
ZrO2-SiO2-稀土金屬氧化物系
隨稀土金屬及其化合物在核技術(shù)、陶瓷、光學(xué)方面及制造催化劑，顏料方面應(yīng)用的增多，稀土金屬將日益顯示其重要性。在無色或有色的主晶格中加入少量的稀土金屬氧化物，可制得有高耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性、高遮蓋力的顏料。
ZrO2-SiO2-稀土金屬氧化物系顏料
ZrO2-SiO2-色劑系
這類顏料在結(jié)構(gòu)上既不是固溶型，也不屬嵌入型，而是一種耐高溫的異晶包裹型。其典型的代表是高溫硒鎘系列顏料。
根據(jù)以上鋯系顏料，利用顏料的三原色，可選用三氧化二鉻、氧化鋅、氫氧化鋁、氧化鋁硼酸等作為紅色系列著色劑，偏釩酸銨、五氧化二釩、二氧化鈦、重鉻酸鉀等作為黃色系列著色劑，重鉻酸鉀、螢石(氟化鈣)、碳酸鈣、石英等作為綠色系列著色劑，氧化鈷、氫氧化鋁、氧化鋅、氧化硅等作為藍色系列周色劑。而黑色氧化鋯陶瓷常用著色劑為氧化鐵、氧化鈷、氧化鉻、氧化錳等。
黑色氧化鋯陶瓷的合成
固相混合法
原理：采用混合球磨技術(shù)制備彩色氧化鋯粉末。它將著色劑、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行混合、球磨，固體顆粒晶粒在此過程中被細化，發(fā)生了利于實現(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。
Sumitomo Electric公司已成功利用此方法制備出黑色氧化鋯陶瓷，它是利用釔穩(wěn)定氧化鋯粉末和黑色著色相粉末一起球磨得到的粉末，經(jīng)成型燒結(jié)后制得。Rnaud等直接添加CoFe2O4得到了黑色，避免了重金屬Cr的使用。
化學(xué)共沉淀法
原理：化學(xué)共沉淀法是利用鋯鹽、穩(wěn)定劑鹽和著色離子鹽溶液混合后，通過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。
Tosoh公司在2006年研制成功含有2wt.%-6wt.%著色劑的黑色氧化鋯陶瓷，著色劑為尖晶石結(jié)構(gòu)的(Co1-xZnx)(Fe1-yAly)2O4(0≤x≤0.5，0≤y≤0.5)，Co、Zn、Fe、Al著色氧化鋯采用共沉淀的方法獲得。
千粉玲以Y-TZP為原料、Mn(NO3)2和Al(NO3)3為著色劑，采用化學(xué)沉淀法制備黑色氧化鋯復(fù)合粉體，經(jīng)成型、燒結(jié)后得到黑色氧化鋯陶瓷。
液相浸滲法
原理：液相浸滲法是制備復(fù)合材料、梯度材料的先進工藝，可以很好的實現(xiàn)高均勻度摻雜、在保持材料原性能的前提下，賦予其表面新的性能。
趙露等采用液相前驅(qū)體浸滲法摻雜技術(shù)，在ZrO2坯體引入有色離子，通過擴散溶入基體，制備了顏色純正、摻雜均勻的黑、藍、粉、綠色氧化鋯陶瓷。
相較以上方法，固相混合法工藝簡單、成本低廉、操作方便、易工業(yè)化，但無法克服納米顆粒團聚，且著色相和基體納米顆粒混合不均勻，且球磨時間長，球磨介質(zhì)或大氣對粉體有可能造成嚴重的污染；化學(xué)共沉淀法工藝比較復(fù)雜，但獲得的粉末純度高、性能優(yōu)良；液相浸滲法在工藝上更加簡便，且制備出的彩色氧化鋯陶瓷在顏色均一性和物理性能上都具有明顯的優(yōu)勢，是一種較為新型的摻雜技術(shù)。
綜上，對于制備出性能良好、顏色多樣的氧化鋯陶瓷，克服團聚現(xiàn)象，使著色相在陶瓷基體材料中均勻分散等方面的研究一直是彩色氧化鋯陶瓷研究的重點。近年來，國內(nèi)對于黑色氧化鋯陶瓷的研究也取得一定進步。如武漢理工大學(xué)本發(fā)明了一種有色氧化鋯陶瓷及其制備方法，不同于常規(guī)制備方法，本發(fā)明中將陶瓷粉料依次進行干壓成型、冷等靜壓成型后依次進行真空燒結(jié)、打磨拋光即可獲得一種有色氧化鋯陶瓷。本發(fā)明中在無需添加著色劑的情況下經(jīng)真空燒結(jié)即可獲得一種銀灰色或黑色氧化鋯陶瓷，上述陶瓷致密度高且著色均勻、美觀。
而作為國內(nèi)規(guī)模比較大的現(xiàn)代化精密陶瓷企業(yè)——深圳市康柏工業(yè)陶瓷有限公司在追求現(xiàn)有產(chǎn)品完美的基礎(chǔ)上不斷進行新品的研發(fā)，研發(fā)金額達到了營業(yè)額的20%以上，并獲得了40多項專利。公司研發(fā)和生產(chǎn)的黑色氧化鋯陶瓷產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于電子元器件治具、化工機械行業(yè)配件、醫(yī)療行業(yè)配件、飾品和日用品等十多個行業(yè)領(lǐng)域�？蛋毓I(yè)陶瓷一直以務(wù)實、創(chuàng)新的精神引領(lǐng)行業(yè)，讓大眾、行業(yè)一次次重新認識先進陶瓷。
參考資料：
程磊.彩色氧化鋯陶瓷的制備工藝進展
劉麗菲.高韌性彩色氧化鋯陶瓷的制備及性能研究
趙露等.浸滲摻雜技術(shù)制備彩色氧化鋯陶瓷
千粉玲等.非均勻沉淀法制備黑色氧化鋯陶瓷
陳蓓.彩色氧化鋯陶瓷燒結(jié)工藝研究
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/三昧）
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