[發明專利]一種彩色氧化鋯陶瓷的制備方法

無效

• 申請號: 201010173564.7
• 申請日: 2010-05-13
• 公開（公告）號: CN101844920A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 謝志鵬;王巍
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C04B35/48
• 分類號: C04B35/48;C04B35/622
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 史雙元

技術領域

本發明屬于摻雜陶瓷材料的制備領域，具體涉及一種彩色氧化鋯陶瓷的制備方法。

背景技術

加入釔或鈰作相穩定劑的相變增韌多晶氧化鋯陶瓷材料具有很多優良的特性：1)硬度高，莫氏硬度達7；2)強度高，室溫抗壓強度可達2100MPa，抗彎強度達600～1400MPa，據報道最好的韌化氧化鋯陶瓷甚至可達2000MPa；3)韌性好，氧化鋯的韌性達9～15MPa·m^1/2，優于氧化鋁、碳化硅等其他結構陶瓷；4)化學穩定性好，抗腐蝕能力強，不與人的體液反應，與人體親密接觸不產生副作用。因此，相變增韌的多晶氧化鋯陶瓷廣泛的應用于模具、刀具、發動機、生物陶瓷等領域，被稱為是大有發展前景的先進結構陶瓷材料。

僅摻有穩定劑的氧化鋯陶瓷材料顏色為白色或淡黃色，而通過摻雜其他過渡金屬氧化物或者稀土氧化物的辦法，可以制備出多種顏色的氧化鋯陶瓷，既可以利用氧化鋯陶瓷材料優良的機械性能，又能利用豐富多彩的外觀而進一步拓寬氧化鋯陶瓷材料在鐘表、裝飾品、工藝品和對外觀有要求的領域的應用。

目前制備彩色陶瓷的方法主要是通過固相機械混合的方法，如球磨、攪拌、混煉等技術，將著色劑與陶瓷粉體進行混合，成型后燒結。這種方法的缺點是：

1)呈色不均勻，機械混合的方法很難使著色劑在陶瓷基體中分散均勻，因此燒結后，樣品外觀的顏色呈現區域不均勻，從而導致成品率低，觀感差，無法實際應用；

2)重復性差，不同批次機械混合的效果很難一致，不同粒徑粉體的混合效果也有差別，導致燒結后樣品顏色的重復性不好；

3)一般用作著色劑的過渡金屬氧化物在高溫燒結(1300～1550℃)時，大量揮發，這既容易造成呈色不均勻，又易造成揮發物污染，同時著色劑的揮發也造成了能源的消耗和制備成本的增加。

另外一種通過氧化鋯陶瓷表面氮化形成氮化鋯而制備金色陶瓷的方法(參見申請號為01119222.4的發明專利)，其生產成本高，對設備和生產條件要求高。還有一種通過石墨在高溫下滲透白色氧化鋯樣品制備黑色氧化鋯的方法(參見公開號CN1566021A的專利)，其對燒結設備和條件要求也較高。且這兩種方法應用范圍都不廣，只能制備單一黑色的氧化鋯陶瓷。

發明內容

本發明的目的在于提供一種彩色氧化鋯陶瓷的制備方法，該方法采用化學沉淀法實現穩定劑和著色劑與氧化鋯陶瓷粉體的均勻混合。

一種彩色氧化鋯陶瓷的制備方法，該方法采用化學沉淀法實現穩定劑、著色劑與氧化鋯粉體的均勻混合，其中，各原料的配比，以總質量1000份計為：氧化鋯粉體：850-980份、穩定劑：10-50份、著色劑：10-120份；具體制備方法如下：

(1)將氧化鋯粉體分散于水或者乙醇中制成懸濁液，然后按上述配比向懸濁液中加入穩定劑和著色劑，混合均勻，用堿性溶液或沉淀劑調節溶液pH至9.2-10.0；

(2)過濾步驟(1)得到的溶液，將粉體物質干燥后研磨、過篩；

(3)經成型、脫脂和燒結后，得到彩色氧化鋯陶瓷制品。

所述的氧化鋯粉體為市售的添加釔或鈰穩定氧化鋯陶瓷粉，純度從90％到99.9％，粒徑從亞微米級到微米級，粒徑分布不限。

所述穩定劑為以下一種或幾種物質的水溶液：含鎂、鈣、鋁、硅離子的氯化物、硝酸鹽、碳酸鹽和硫酸鹽，優選穩定劑為MgCl₂、Ca(NO₃)₂或AlCl₃·6H₂O的水溶液。

所述著色劑為以下一種或幾種物質的水溶液：含鐵、錫、鉻、鈷、鈦、銅、錳離子的氯化鹽、硝酸鹽、碳酸鹽和硫酸鹽中的一種或幾種。優選著色劑為FeCl₂、FeCl₃·6H₂O、Cu(NO₃)₂、CoCO₃、CrCl₃·6H₂O、SnSO₄或MnCl₂的水溶液。

所述堿性溶液或沉淀劑為以下一種或幾種物質的水溶液：吡啶、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水、碳酸鹽、碳酸氫鹽和可溶性硫化物。通過上述堿性溶液或沉淀劑使得穩定劑和著色劑以氫氧化物或碳酸化合物或其他難溶性化合物的形式沉淀下來，形成的氫氧化物或氧化物的水合物或其他難溶性化合物包含但不限于氫氧化鋁、氫氧化鐵、氫氧化銅、碳酸鈣、硫化錫等。形成的氫氧化物或氧化物的水合物或其他難溶性化合物或包覆在氧化鋯粉體的表面，或獨立沉淀成細小絮狀沉淀物。