[發明專利]有機網絡法合成黑色氧化鋯陶瓷粉體的制備方法

在審

• 申請號: 201410736552.9
• 申請日: 2014-12-05
• 公開（公告）號: CN104529437A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 王浩;吳宇;熊圣安;梅森;楊娟
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C04B35/48
• 分類號: C04B35/48;C04B35/626
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王守仁

技術領域

本發明為一種合成黑色氧化鋯陶瓷粉體的有機網絡制備方法，涉及無機陶瓷粉體與陶瓷材料的制備領域。

背景技術

彩色ZrO₂陶瓷以其優異的機械性能，如高硬度、耐磨、顏色鮮艷、呈現金屬的光澤及對人體無過敏作用的特點，逐步成為人造寶石裝飾材料的熱點材料。

彩色氧化鋯陶瓷常見制備工藝主要為固相法和化學沉淀法。固相法即采用微米或納米級ZrO₂固態陶瓷粉體與各種陶瓷色料、燒結助劑按一定比例充分混合均勻，成型后在高溫燒結而成。一般而言，固相燒結采用氧化鋯陶瓷中原料氧化鋯、陶瓷色料的混合為物理混合，其原料粒度大小、混合均勻程度等因素的影響使得最終得到彩色氧化鋯陶瓷呈色不均勻、且力學性能較差。但固相法由于其操作配料簡單，燒成方法簡單，目前應用較多。如，張燦英等利用固相反應利用市售的納米級Y₂O₃穩定的ZrO2、著色劑(鐠鋯黃色料、Cr2O3等)及少量燒結助劑制備得到黃色、綠色氧化鋯陶瓷。(參見文獻：張燦英,朱海濤,李長江.彩色氧化鋯陶瓷的制備[J].稀有金屬材料與工程,2007,36(增刊1):266–268.)。

該方法為固相法制備彩色氧化鋯陶瓷，雖然原料中采用了納米氧化鋯粉體，一定程度上提高了固相原料的混合程度，但產品顏色仍受到原料中色料粒度大小、色料與納米氧化鋯原料混合均勻程度的影響，但并不能徹底的改善燒結后陶瓷呈色狀況。

隨著科學技術不斷發展，人們越來越多采用濕化學法(如化學沉淀法)制備彩色氧化鋯陶瓷粉體。濕化學法制備彩色氧化鋯粉體時，陶瓷著色離子(色料)與氧化鋯陶瓷原料粉體可實現納米級的混合，制備得到的彩色氧化鋯粉體呈色均勻且活性高、燒結溫度低，成型燒結后彩色氧化鋯陶瓷的各種力學性能均得到提高。

司文捷等分兩步走制得黑色氧化鋯陶瓷，先以氧氯化鋯、硝酸釔、氨水、分散劑聚乙二醇和過氧化氫為原料制得白色納米氧化鋯粉體；再以硝酸鐵、硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸錳為原料通過共沉淀制得黑色色料；最后以一定的配比將以上所得的納米氧化鋯粉體與色料混合，經過成型、燒成等制得黑色氧化鋯陶瓷。(參見專利：司文捷，吳音.一種低溫制黑色氧化鋯陶瓷的方法：200910241594.4[P].2010-05-12.)

該方法分別合成出納米級的氧化鋯陶瓷粉體和色料，再按比例混合，經成型燒結得到黑色氧化鋯陶瓷。與固相法相比，原料的粒度大大降低，原料混合的均勻程度也得到提高，但由于是分步合成的納米氧化鋯粉體與陶瓷黑色料，在分步合成時，這兩種納米粉體均會存在一定程度上的團聚問題，無法真正實現氧化鋯陶瓷離子與著色離子在離子級別上的均勻混合。

千粉玲等以氧化釔穩定四方多晶氧化鋯為原料、硝酸錳和硝酸鋁為著色劑、PEG2000(聚乙二醇2000)為分散劑，采用非均勻沉淀法制備著色劑/氧化鋯復合粉體，經成型、燒結后得到黑色氧化鋯陶瓷。(參見文獻：千粉玲，謝志，孫加林，王峰.非均勻沉淀法制備黑色氧化鋯陶瓷[J].硅酸鹽學報,2011,39(8):1290-1294.)

非均勻沉淀法合成黑色氧化鋯粉體時，由于受到非均勻沉淀工藝的限制，雖然色料著色離子以離子狀態沉積到氧化鋯陶瓷顆粒表面，同時仍有部分離子在溶液中形成沉淀，未能直接包覆在氧化鋯陶瓷顆粒表面，使色料著色離子與陶瓷顆粒混合均勻性受到影響，因此也存在改善之處。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：鑒于現有技術所存在的缺點和不足，提供一種可實現陶瓷色料離子與氧化鋯原料粉體在納米級別上的混合，可制備出混合均勻，著色良好，燒結溫度低的黑色氧化鋯陶瓷粉體的制備方法，該方法且適宜大規模化生產。

本發明解決其技術問題采用以下的技術方案：

本發明提供的是一種有機網絡法合成黑色氧化鋯陶瓷粉體的制備方法，該方法一步合成利用有機聚合反應形成網絡結構，其中無機的包括Zr⁴⁺、Y³⁺、Fe³⁺、Cr³⁺、Co²⁺、Ni²⁺離子占據有機三維網絡微區，并與擴散進去的OH^-發生沉淀反應，最后經過熱處理獲得四方晶型的黑色氧化鋯陶瓷粉體。

所述的黑色氧化鋯陶瓷粉體的制備方法，包括以下的步驟：

(1)有機網絡前驅體溶液的制備：

將聚乙烯醇與去離子水按比例混合，在70℃-90℃下加熱、攪拌2-3小時，然后靜置冷卻到室溫，得到質量百分比濃度為1％-10％的聚乙烯醇溶液，其為有機網絡前驅體溶液；