CN101624285B - 一种用于制备氧化锆陶瓷的组合物和陶瓷 - Google Patents
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Abstract
一种用于制备氧化锆陶瓷的组合物，该组合物包括氧化锆、烧结助剂和色料，其中，所述色料含有三氧化二钴。本发明还提供了一种陶瓷，该陶瓷是由本发明提供的组合物经模压成形后烧结而制备得到的。使用本发明提供的组合物制备的陶瓷经抛光后色彩鲜亮，硬度和抗弯强度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制备氧化锆陶瓷的组合物和由该组合物制得的陶瓷。
背景技术
氧化锆陶瓷具有强度高、硬度高、韧性好、抗腐蚀、耐高温、成型性好等特性，被广泛应用于各个领域，如刀具、模具、阀门、耐火材料、氧传感器、固体燃料电池等。近年来，随着人们对装饰品需求的不断提高，彩色氧化锆陶瓷以其优异的机械性、鲜艳的色彩、金属光泽及无过敏作用的特点，成为高档装饰材料的新宠，如手机、表链、手链等。
氧化锆陶瓷的制作工艺一般为将含有氧化锆和烧结助剂的组合物经模压成形后，于1500-1750℃下高温烧结5小时左右。
但是，目前采用不同的烧结方法生产的氧化锆陶瓷只能得到黑色和白色两种颜色。因此，通过加入不同色料烧结出不同颜色的氧化锆陶瓷的研究开发具有广阔的市场前景。
众所周知，彩色陶瓷的制备一般是将色料或着色剂加入到陶瓷胚体或釉料中，通过高温烧结(一般低于1300℃)而获得。CN 1284482A中公开了一种钴蓝陶瓷釉上颜料及其制备方法，该颜料由主颜料和颜料助剂构成，其主要呈色物质为一氧化钴。但是该颜料适用的烧结温度范围是750-850℃，因此该颜料并不适用于氧化锆陶瓷。氧化锆陶瓷的烧结温度较高，在这样的高温下，大多数的色料或着色剂会发生分解或挥发，难以制得呈色鲜艳的彩色氧化锆陶瓷。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中无法制得彩色氧化锆陶瓷的缺点，提供一种能够制备彩色氧化锆陶瓷的组合物。
本发明的另一个目的在于提供一种使用本发明的组合物制备的氧化锆陶瓷。
本发明提供了一种用于制备氧化锆陶瓷的组合物，该组合物包括氧化锆、烧结助剂和色料，其中，所述色料含有三氧化二钴。
本发明还提供了一种氧化锆陶瓷，该陶瓷是由本发明提供的组合物经模压成形后烧结而制备得到的。
使用本发明提供的组合物制备的陶瓷经抛光后色彩鲜亮，而且硬度和抗弯强度高。
具体实施方式
本发明提供的用于制备氧化锆陶瓷的组合物包括氧化锆、烧结助剂和色料，其中，所述色料含有三氧化二钴。
为了抑制三氧化二钴的分解和/或挥发，所述色料还可以含有色料添加剂。所述色料添加剂可以为氧化锌、碳酸钡和氟化钙中的一种或几种。在所述色料中，所述色料添加剂与三氧化二钴的重量比可以为1∶0.01-2，优选为1∶0.1-1。
优选情况下，为了更好地抑制三氧化二钴的分解和/或挥发，所述色料添加剂可以包括氧化锌、碳酸钡和氟化钙，其中，任意两种色料添加剂的重量比可以为1∶0.1-10。
在本发明提供的组合物中，所述色料的颗粒直径可以为0.5-20微米，优选为1-10微米。
根据本发明提供的组合物，其中，以所述组合物的总重量为基准，所述氧化锆的含量可以为85-98重量％，优选为90-98重量％；所述烧结助剂的含量可以为0.1-5重量％，优选为1-3重量％；所述色料的含量可以根据所需要的陶瓷制品的颜色来确定，优选情况下，所述色料的含量为1-10重量％，更优选为1-6重量％。
所述烧结助剂用来降低氧化锆的烧结温度，本发明对烧结助剂的选择没有特别的限定，可以为任何常规用作氧化锆烧结助剂的材料，例如，可以为氧化镁、氧化铝、氧化硅、氧化钙和氧化铈中的两种或两种以上。
以所述烧结助剂的总重量为基准，所述氧化镁的含量可以为0-50重量％，优选为5-50重量％；氧化铝的含量可以为0-50重量％，优选为5-50重量％；氧化硅的含量可以为0-50重量％，优选为5-50重量％；氧化钙的含量可以为0-50重量％，优选为5-50重量％；氧化铈的含量可以为0-50重量％，优选为5-50重量％。
本发明还提供的陶瓷是由本发明提供的组合物经模压成形后烧结而制备得到的。
其中，所述烧结的条件包括：烧结的温度可以为1400-1650℃，烧结的时间可以为1-10小时，优选为1-8小时。
所述组合物的烧结过程，可以使用本领域技术人员公知的各种烧结方法。其中，可以先配好色料组分、烧结助剂组分，再将色料组分、烧结助剂组分与氧化锆一起烧结制得本发明提供的陶瓷；也可直接将氧化锆、三氧化二钴和烧结助剂以及色料添加剂一起混合均匀，然后进行烧结制得本发明提供的陶瓷。
由于本发明仅涉及对制备陶瓷的原料的改进，关于陶瓷的制备过程，可以使用任何常规的方法，所述模压成形过程和烧结过程为本领域技术人员所公知，此处不再赘述。
下面，将通过实施例对本发明进行更详细的描述。
实施例1
本实施例用于说明本发明提供的用于制备氧化锆陶瓷的组合物和陶瓷。
组合物的组成(总重量为100克)：
氧化锆：95克
烧结助剂：2.7克(其中含有氧化镁0.5克，氧化硅0.7克，氧化铝1.5克)
色料：2.3克(其中含有三氧化二钴1.2克，氧化锌0.3克，碳酸钡0.6克，氟化钙0.2克)
组合物的平均颗粒直径为10微米。
向上述组成的组合物中加入200毫升无水乙醇，然后用球磨机(咸阳金宏通用机械有限公司，KQM-X4)混合6小时。取出后置于100℃的烘箱中烘干6小时。用瓷研钵(深圳三利实验仪器有限公司，直径120毫米)将得到的粉料碾碎后过200目筛。用四柱下压式油压机(东莞宇辉液压机械有限公司，YHA3)将过筛后的粉末以25kN/cm2的压强压制1分钟压制成2×2×0.5厘米的坯体。将压制后的坯体在箱式电炉(山东永法试验电炉厂KSS-17XB，1700℃)中以1400℃烧结5小时，即可制得本发明的氧化锆陶瓷，记作A1。
实施例2
本实施例用于说明本发明提供的用于制备氧化锆陶瓷的组合物和陶瓷。
按照与实施例1同样的方式制备氧化锆陶瓷，不同的是，组合物的组成为(总重量为100克)：
氧化锆：93克；三氧化二钴：1.37克；氧化镁：0.43克；氧化铝：2.04克；氧化硅：0.94克；氧化钙：0.4克；氧化锌：0.55克；碳酸钡：0.83克；氟化钙：0.44克。组合物的平均颗粒直径为2微米。
且烧结的温度为1550℃，烧结的时间为2小时。
制得的氧化锆陶瓷记作A2。
实施例3
本实施例用于说明本发明提供的用于制备氧化锆陶瓷的组合物和陶瓷。
按照与实施例1同样的方式制备氧化锆陶瓷，不同的是，组合物的组成为(总重量为100克)：
氧化锆：93克
烧结助剂3克(其中含有氧化铝0.9克，氧化硅0.6克，氧化钙0.3克，氧化铈1.2克)
色料：4克(其中含有三氧化二钴2克，碳酸钡1.2克，氟化钙0.8克)
组合物的平均颗粒直径为5微米。
且烧结的温度为1600℃，烧结的时间为2小时。
制得的氧化锆陶瓷记作A3。
实施例4
本实施例用于说明本发明提供的用于制备氧化锆陶瓷的组合物和陶瓷。
按照与实施例1同样的方式制备氧化锆陶瓷，不同的是，组合物的组成为(总重量为100克)：
氧化锆：98克
烧结助剂1克(其中含有氧化镁0.2克，氧化铝0.3克，氧化硅0.2克，氧化钙0.1克，氧化铈0.2克)
色料：1克三氧化二钴。
组合物的平均颗粒直径为8微米。
且烧结的温度为1500℃，烧结的时间为3小时。
制得的氧化锆陶瓷记作A4。
对比例1
本对比例用于说明现有技术的用于制备氧化锆陶瓷的组合物和陶瓷。
按照与实施例4同样的方式制备氧化锆陶瓷，不同的是，组合物中的色料用一氧化钴取代三氧化二钴。
制得的氧化锆陶瓷记作C1。
对比例2
本对比例用于说明现有技术的用于制备氧化锆陶瓷的组合物和陶瓷。
按照与实施例1同样的方式制备氧化锆陶瓷，不同的是，组合物的组成为(总重量为100克)：
氧化锆：94克
烧结助剂：2.7克(其中含有氧化镁0.5克，氧化硅0.7克，氧化铝1.5克)
色料：3.3克(其中含有一氧化钴2.2克，氧化锌0.3克，碳酸钡0.6克，氟化钙0.2克)。
组合物的平均颗粒直径为8微米。
制得的氧化锆陶瓷记作C2。
性能测试
将上述实施例与对比例制得的氧化锆陶瓷样品A1-A4和C1-C2放入抛光机(湖南科信电子系统装备有限公司，PW-1000CE-JY精密单面抛光机)中，先导入中位径5微米绿碳化硅(南通市金东方金刚砂厂，W5)粉末粗磨，再用中位径1.5微米绿碳化硅(南通市金东方金刚砂厂，W1.5)粉末细磨，最后用中位径0.5微米金刚石(常熟金刚石粉末厂，W0.5)粉末抛光，用水洗净，得到抛光后的检测样品。
陶瓷的颜色测试
采用分光光度计O030007(上海精密仪器仪表有限公司，型号723A)和光泽度仪O070002(北京泰亚赛福科技发展有限责任公司，MN型)对抛光后的氧化锆陶瓷样品A1-A4和C1-C2的光泽度和色度进行检测，结果如表1所示。
陶瓷的性能测试
采用洛式硬度计(上海研润光机科技有限公司硬度计分厂，MC010-HR-150A)和万能试验机(天津天有利电炉有限公司，高低温万能实验机，WSM-20KB)对抛光后的氧化锆陶瓷样品A1-A4和C1-C2的硬度和抗弯强度进行检测，结果如表1所示。
表1
| A1 | A2 | A3 | A4 | C1 | C2 | |
| 烧结温度/℃ | 1400 | 1550 | 1600 | 1500 | 1400 | 1400 |
| 光泽度/GU | 156 | 178 | 158 | 162 | 120 | 112 |
| 色度 | L＝60a＝7b＝-40 | L＝57a＝10b＝-39 | L＝56a＝8b＝-41 | L＝47a＝13b＝-33 | L＝43a＝20b＝-30 | L＝58a＝6b＝-41 |
| 硬度(HRA) | 86 | 91 | 89 | 88 | 86 | 81 |
| 抗弯强度/MPa | 732 | 862 | 814 | 774 | 607 | 542 |
由表1可以看出，采用本发明中的方法制得的陶瓷样品A1-A4均比对比例样品C1和C2的光泽度更高。在色度的测试结果中，L值代表亮度，a值代表红绿值，b值代表黄蓝值，通过数据对比可以看出，A1-A4均比C1和C2更亮且更偏向于蓝色。
A1与C1的烧结温度相同，但A1的综合力学性能明显优于C1；采用本发明的方法制得的陶瓷样品经抛光后，综合力学性能均优于现有技术实施方案。
A1和C2的烧结温度相同，而且色度相近，对比两组数据可以看出，按照现有技术使用一氧化钴色料，若达到标准色度值，陶瓷样品的光泽度和性能将会受到很大的影响。
综上所述，实施例1-4中制备的氧化锆陶瓷样品的颜色和性能均优于对比例制备的陶瓷样品；且使用优选方式的实施例1-3制得的产品的性能比实施例4的产品的性能更好。
Claims (9)
1.一种用于制备氧化锆陶瓷的组合物，该组合物包括氧化锆、烧结助剂和色料，其特征在于，所述色料含有三氧化二钴和色料添加剂，该色料添加剂包括氧化锌、碳酸钡和氟化钙，色料添加剂与三氧化二钴的重量比为1∶0.01-2。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中，以组合物的总重量为基准，所述氧化锆的含量为85-98重量％，所述烧结助剂的含量为0.1-5重量％，所述色料的含量为1-10重量％。
3.根据权利要求1所述的组合物，其中，任意两种色料添加剂的重量比为1∶0.1-10。
4.根据权利要求1或2所述的组合物，其中，所述色料的平均颗粒直径为0.5-20微米。
5.根据权利要求1或2所述的组合物，其中，所述烧结助剂为氧化镁、氧化铝、氧化硅、氧化钙和氧化铈中的两种或两种以上。
6.根据权利要求5所述的组合物，其中，以所述烧结助剂的总重量为基准，所述氧化镁的含量为0-50重量％，氧化铝的含量为0-50重量％，氧化硅的含量为0-50重量％，氧化钙的含量为0-50重量％，氧化铈的含量为0-50重量％。
7.根据权利要求6所述的组合物，其中，以所述烧结助剂的总重量为基准，所述氧化镁的含量为5-50重量％，氧化铝的含量为5-50重量％，氧化硅的含量为5-50重量％，氧化钙的含量为5-50重量％，氧化铈的含量为5-50重量％。
8.一种陶瓷，该陶瓷是由权利要求1-7中任意一项所述的组合物经模压成形后烧结而制备得到的。
9.根据权利要求8所述的陶瓷，其中，所述烧结的条件包括：烧结的温度为1400-1650℃，烧结的时间为1-10小时。
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