CN106553485A - 一种陶瓷复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种陶瓷复合材料，该陶瓷复合材料包括陶瓷基材和图案装饰填料，所述陶瓷基材上具有图案凹槽，所述图案装饰填料填充在所述图案凹槽中。本发明还提供了该陶瓷复合材料的制备方法，包括：将图案装饰材料填充到带有图案凹槽的陶瓷基材上，加热使图案装饰材料固化后对图案凹槽表面进行抛光处理。本发明的陶瓷复合材料能够形成清晰的图案，图案呈现立体感，并且耐磨擦性好，能够进行进一步机械加工处理。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷表面装饰领域，具体地，涉及一种陶瓷复合材料及其制备方法。
背景技术
丝网印刷技术在中国被广泛用于陶器和其它物品的装饰。丝网印刷又被称为丝印或网印，属于孔版印刷，是将承印物放在网版下之后，把油墨施加于网版上。最后，打匀并挤压油墨而使其通过孔版的孔到达网版下面的承印物表面，这个步骤是通过在网版上拉动橡皮刮板来完成的。然而，一般对油墨吸收力较低的陶瓷器、玻璃、金属面和硬质塑料等承印物表面较硬的物体对印刷间隙值要求比较高，用这种工艺得到的图案层厚度只有30-100微米，存在细节印刷粗糙，容易产生图文模糊和线条变形，印刷品易脏且表面易产生气泡等缺陷。
陶瓷表面装饰的工艺一般有印刷和物理气相沉积(CVD)，但这些工艺对陶瓷表面的光洁度要求很高，并且表面处理后图案处于陶瓷表面，其耐磨擦性较差，外观没有层次感。另外，由于印刷采用的油墨含有一定量的溶剂，烘干后收缩率大，不宜印刷厚膜，印刷或物理气相沉积形成图案后不能进行机械加工处理，而且图案容易磨损掉色。
发明内容
本发明的目的是提供一种陶瓷复合材料，该陶瓷复合材料能够形成清晰的图案，图案呈现立体感，并且耐磨擦性好，能够进行进一步机械加工处理。
为了实现上述目的，本发明人通过深入研究发现，通过在陶瓷基板上设置图案凹槽，将图案装饰填料填充到图案凹槽中，经加热使得图案装饰填料在图案凹槽中固化，使得图案装饰填料与陶瓷基板一体化，然后将填充有图案装饰填料的图案凹槽表面打磨抛光，得到图案清晰、且呈现立体感的陶瓷复合材料，该陶瓷复合材料具有非常好的耐磨擦性，能够进行进一步机械加工处理。
本发明提供一种陶瓷复合材料，其中，该陶瓷复合材料包括陶瓷基材和图案装饰填料，所述陶瓷基材上具有图案凹槽，所述图案装饰填料填充在所述图案凹槽中。
优选地，根据本发明的陶瓷复合材料，所述陶瓷基材可以为氧化锆陶瓷。
优选地，根据本发明的陶瓷复合材料，所述图案凹槽的深度和陶瓷基材的厚度的比可以为0.1-0.9：1。
优选地，根据本发明的陶瓷复合材料，所述图案装饰填料可以含有热固性树脂、以及、金属粉末或金属氧化物粉末。
优选地，根据本发明的陶瓷复合材料，相对于100重量份的热固性树脂，金属粉末的含量可以为100-600重量份，金属氧化物粉末的含量可以为1-50重量份。
优选地，根据本发明的陶瓷复合材料，所述金属粉末或金属氧化物粉末的粒径可以为0.1-10μm，平均粒径可以为1-5μm。
优选地，根据本发明的陶瓷复合材料，所述金属粉末可以为选自铝、银、镍、锆、铬及它们的合金中的一种或几种，所述金属氧化物粉末可以为选自氧化铁、氧化铬、氧化铒和氧化钴中的一种或几种。
优选地，根据本发明的陶瓷复合材料，所述热固性树脂可以为选自环氧树脂、聚酯树脂和丙烯酸树脂中的一种或几种。
优选地，根据本发明的陶瓷复合材料，所述图案装饰填料还可以含有固化剂，相对于100重量份的热固性树脂，固化剂的含量可以为5-65重量份。
本发明还提供了一种陶瓷复合材料的制备方法，其中，该制备方法包括：将图案装饰材料填充到带有图案凹槽的陶瓷基材上，加热使图案装饰材料固化后对图案凹槽表面进行抛光处理。
根据本发明的上述技术方案，通过在陶瓷基板上设置图案凹槽，将图案装饰填料填充到图案凹槽中，加热固化后形成一体的陶瓷复合材料。该陶瓷复合材料与现有的通过一般印刷或物理气相沉积得到的表面装饰陶瓷相比，其图案更清晰，并呈现出立体感。另外，与现有的表面装饰陶瓷的图案材料附着于陶瓷材料表面不同，本发明的陶瓷复合材料的图案装饰填料，由于是镶嵌于陶瓷基板上，与陶瓷基板形成为一体化，因而该陶瓷复合材料具有非常好的耐磨擦性，并且能够进行进一步机械加工处理，制成相应的结构件。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
根据本发明的陶瓷复合材料，其中，该陶瓷复合材料包括陶瓷基材和图案装饰填料，所述陶瓷基材上具有图案凹槽，所述图案装饰填料填充在所述图案凹槽中。通过在陶瓷基材上设置图案凹槽，在图案凹槽中填充图案装饰填料，加热使图案装饰填料固化与陶瓷基材形成为一体后，进行打磨抛光处理，使得图案装饰调料与陶瓷基材表面具有同样的平整度，形成与陶瓷基材一体化的表面效果。
优选地，根据本发明的陶瓷复合材料，所述陶瓷基材可以使用本领域中常规的各种陶瓷制基材，例如可以使用氧化锆(ZrO2)陶瓷，陶瓷基材的形状可以实际需要进行选择，可以为各种不同形状，优选使用片状或板状氧化锆陶瓷。
优选地，根据本发明的陶瓷复合材料，所述图案凹槽可以根据图案需要制成各种不同的图案，图案凹槽的深度可以根据陶瓷基材的厚度适当确定，例如图案凹槽的深度和陶瓷基材的厚度的比可以为0.1-0.9：1。例如使用厚度为1-10mm的陶瓷基板时，可以将图案凹槽的深度设置为0.1-1mm。将图案凹槽的深度设置在上述范围内，既能够确保所得到的陶瓷复合材料的机械强度，又能够确保图案装饰填料与陶瓷基板的结合强度，能够有效提高陶瓷复合材料的耐磨擦性。
根据本发明的陶瓷复合材料，所使用的图案装饰填料为在加热条件下可以固化形成一体的材料，可以含有热固性树脂、以及、金属粉末和/或金属氧化物粉末。所述含有热固性树脂、以及、金属粉末和/或金属氧化物粉末的图案装饰填料通过填充到陶瓷基板的图案凹槽中，经加热固化与陶瓷基板形成为一体。
根据本发明的陶瓷复合材料，图案装饰填料中的热固性树脂、以及、金属粉末和/或金属氧化物粉末的含量可以根据陶瓷复合材料的图案效果适当进行选择，在优选的情况下，相对于100重量份的热固性树脂，金属粉末的含量可以为100-600重量份，金属氧化物粉末的含量可以为1-50重量份。通过在上述范围内使用热固性树脂、以及、金属粉末和/或金属氧化物粉末，既能够得到图案装饰填料与陶瓷基材之间的良好的粘附性，又能够使得所得到的陶瓷复合材料的图案具有良好的金属光泽。
优选地，根据本发明的陶瓷复合材料，所述金属粉末或金属氧化物粉末的粒径可以采用粒径较小的颗粒粉末，例如可以为0.1-10μm，优选为0.5-5μm，平均粒径可以为1-5μm，优选为2-3μm。通过采用粒径为10μm以下的金属粉末，能够确保图案装饰填料固化后，经打磨后，图案装饰填料表面不会产生明显的颗粒感，且固化过程中，也不会因为粒径过大而在图案装饰填料固化过程中发生沉降。另外，通过采用粒径为0.1μm以上的金属粉末，能够确保金属粉末不会因为过细而使金属活性增强，发生氧化。
优选地，根据本发明的陶瓷复合材料，所述金属粉末或金属氧化物粉末可以在打磨抛光处理后使得图案装饰填料产生金属光泽或具有特定的金属颜色，可以使用本领域中常规的具有金属光泽或具有特定的金属颜色的金属氧化物粉末，例如可以金属粉末可以使用铝及其合金、银及其合金、镍及其合金、锆及其合金、铬及其合金或者它们中几种的组合，金属氧化物粉末可以使用选自氧化铁、氧化铬、氧化铒和氧化钴中的一种或几种。
优选地，根据本发明的陶瓷复合材料，所述热固性树脂可以为选自环氧树脂、聚酯树脂和丙烯酸树脂中的一种或几种。本发明对所述热固性树脂没有特别的限制，只要是在加热条件下可以固化的树脂均可，可以使用本领域中常规的树脂，例如环氧树脂、聚酯树脂和丙烯酸树脂等，它们均可以使用市售品，例如环氧树脂E-51、改性聚丙烯酸酯等。
热固性树脂有时其自身即可在加热条件下固化，但通常与固化剂一起使用，并且所使用的固化剂通常根据所使用的热固性树脂的种类来选择，这是本领域技术人员所熟知的。在优选的情况下，本发明的图案装饰填料还含有固化剂，相对于100重量份的热固性树脂，固化剂的含量可以为5-65重量份，优选为8-50重量份。本发明中所使用的固化剂可以为本领域中常规的可与热固性树脂一起使用的相应固化剂，例如当使用环氧树脂时可以使用甲基六氢苯酐(化学式C9H12O3)、二甲基咪唑(化学式C4H6N2)等固化剂；当使用改性聚丙烯酸酯时可以使用季戊四醇(化学式C5H12O4)、三羟甲基丙烷(化学式C6H14O3)等固化剂。现有技术中对什么样的热固性树脂使用什么样的固化剂有大量的描述，因此本发明对此不再赘述。热固性树脂在加热条件下利用自身的活性官能团，与固化剂后在一定温度下固化后形成质地坚硬的网状结构产物。通常情况下，热固性树脂为液态，与金属粉末和金属氧化物粉末有较好的润湿，且易于粘附于陶瓷上。这些热固性树脂固化后具有较高的光泽和优良的耐腐蚀性、耐化学药品性等性能，而且其硬度高具有一定的耐磨擦性，耐热性优良，在打磨过程中能够承受住一定温度，能够确保打磨后表面平整、光泽度高。本发明中，加热固化的条件可以为使热固性树脂固化的条件，例如可以在100℃-180℃下加热0.5-6小时。
本发明还提供了一种陶瓷复合材料的制备方法，其中，该制备方法包括：将图案装饰材料填充到带有图案凹槽的陶瓷基材上，加热使图案装饰材料固化后对图案凹槽表面进行抛光处理。
根据本发明的陶瓷复合材料的制备方法，可以按照如下工序来制备陶瓷复合材料。按照所需图案在氧化锆陶瓷基板上设置特定深度的图案凹槽，将热固性树脂和固化剂混合后，加入规定量的金属粉末和/或金属氧化物粉末，混合均匀后将所得到的浆料填充至陶瓷基板上的图案凹槽中，静置一段时间排出浆料中的气泡后，将填充好的陶瓷基板置于烘箱中，在固化温度下保温一定时间，固化后对陶瓷复合材料表面进行研磨抛光处理。
根据本发明的陶瓷复合材料的制备方法，使用图案装饰填料填充到图案凹槽中，经加热固化后，与陶瓷基材紧密粘结在一起，而且没有缝隙，再经打磨，获得的图案与陶瓷基板具有同样的平整度，具有一体化效果，工艺简单便于操作。
实施例
以下通过列举实施例和对比例对本发明的陶瓷复合材料及其制备方法进行更具体地说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
在厚度为1.5mm的氧化锆陶瓷片上设置深度为0.6mm的图案凹槽，将100重量份的环氧树脂E-51(购自台州市塑业有限公司)、40重量份的甲基六氢苯酐和1重量份的二甲基咪唑混合均匀后，加入400重量份的平均粒径为1μm的银粉(购自贵研铂业股份有限公司，粒径为0.1-10μm)，搅拌均匀后，将所得图案装饰浆料静置10分钟。将图案装饰浆料填充到氧化锆陶瓷片上的图案凹槽中，刮平后置于烘箱中，在120℃下保温4小时，使图案装饰浆料固化后，冷却至室温(25℃)，使用抛光机对陶瓷片进行表面抛光处理。得到陶瓷复合材料1。
实施例2
在厚度为1.5mm的氧化锆陶瓷片上设置深度为0.6mm的图案凹槽，将100重量份的环氧树脂E-51(购自台州市塑业有限公司)、5重量份的甲基六氢苯酐混合均匀后，加入500重量份的平均粒径为5μm的镍粉(购自长沙立优金属材料有限公司，粒径为0.1-10μm)，搅拌均匀后，将所得图案装饰浆料静置10分钟。将图案装饰浆料填充到氧化锆陶瓷片上的图案凹槽中，刮平后置于烘箱中，在120℃下保温4小时，使图案装饰浆料固化后，冷却至室温(25℃)，使用抛光机对陶瓷片进行表面抛光处理。得到陶瓷复合材料2。
实施例3
在厚度为2mm的氧化锆陶瓷片上设置深度为1mm的图案凹槽，将100重量份的改性聚丙烯酸酯(购自广州同怡新材料科技有限公司)，加入100重量份的平均粒径为3μm的锆合金粉(购自比亚迪股份有限公司，粒径为0.1-10μm)，搅拌均匀后，将所得图案装饰浆料静置10分钟。将图案装饰浆料填充到氧化锆陶瓷片上的图案凹槽中，刮平后置于烘箱中，在80℃下保温4小时，使图案装饰浆料固化后，冷却至室温(25℃)，使用抛光机对陶瓷片进行表面抛光处理。得到陶瓷复合材料3。
实施例4
在厚度为2mm的氧化锆陶瓷片上设置深度为1mm的图案凹槽，将100重量份的环氧树脂E-51(购自台州市塑业有限公司)、55重量份的甲基六氢苯酐和10重量份的二甲基咪唑混合均匀后，加入10重量份的平均粒径为1μm的氧化铁(Fe2O3，购自佛山市荣炽陶瓷材料有限公司，粒径为0.1-10μm)粉末，搅拌均匀后，将所得图案装饰浆料静置10分钟。将图案装饰浆料填充到氧化锆陶瓷片上的图案凹槽中，刮平后置于烘箱中，在120℃下保温4小时，使图案装饰浆料固化后，冷却至室温(25℃)，使用抛光机对陶瓷片进行表面抛光处理。得到陶瓷复合材料4。
实施例5
在厚度为2mm的氧化锆陶瓷片上设置深度为1mm的图案凹槽，将100重量份的环氧树脂E-51(购自台州市塑业有限公司)、40重量份的甲基六氢苯酐和1重量份的二甲基咪唑混合均匀后，加入50重量份的平均粒径为1μm的氧化铬(购自佛山市荣炽陶瓷材料有限公司，粒径为0.1-10μm)粉末，搅拌均匀后，将所得图案装饰浆料静置10分钟。将图案装饰浆料填充到氧化锆陶瓷片上的图案凹槽中，刮平后置于烘箱中，在120℃下保温4小时，使图案装饰浆料固化后，冷却至室温(25℃)，使用抛光机对陶瓷片进行表面抛光处理。得到陶瓷复合材料5。
实施例6
在厚度为2mm的氧化锆陶瓷片上设置深度为1mm的图案凹槽，将100重量份的环氧树脂E-51(购自台州市塑业有限公司)、40重量份的甲基六氢苯酐和1重量份的二甲基咪唑混合均匀后，加入300重量份的平均粒径为2μm的银粉(购自贵研铂业股份有限公司，粒径为0.1-10μm)，加入1重量份的平均粒径为1μm的氧化铁(Fe2O3，购自佛山市荣炽陶瓷材料有限公司，粒径为0.1-10μm)粉末，搅拌均匀后，将所得图案装饰浆料静置10分钟。将图案装饰浆料填充到氧化锆陶瓷片上的图案凹槽中，刮平后置于烘箱中，在120℃下保温4小时，使图案装饰浆料固化后，冷却至室温(25℃)，使用抛光机对陶瓷片进行表面抛光处理。得到陶瓷复合材料6。
对比例1
将厚度为1.5mm的氧化锆陶瓷片的表面进行抛光处理，除油去尘后，将氧化锆陶瓷片置于丝网印刷机的网眼下方进行油墨印刷图案，印刷完成后置于烘箱中，在140℃下保温0.5小时。得到丝网印刷样品。
硬度测试
根据GB/T9739，采用邵氏硬度计(LD-J)对实施例1-6所得到的陶瓷复合材料1-6和对比例1所得到的丝网印刷样品的图案部分进行硬度(HD)测量。其结果如表1所示。
光泽度测试
根据GB/T9754，采用光泽度仪(北京菁美瑞科技有限公司，型号A-4430)对实施例1-6所得到的陶瓷复合材料1-6和对比例1所得到的丝网印刷样品的图案部分进行60°光泽度(GU)测量。其结果如表1所示。
耐磨擦性测试
根据ASTM D5264，采用磨擦试验仪(济南兰光机电技术有限公司，型号RT-01)对实施例1-6所得到的陶瓷复合材料1-6和对比例1所得到的丝网印刷样品的图案部分进行耐磨擦性测试。其结果如表1所示。
盐雾测试
根据GB/T1771，对实施例1-6所得到的陶瓷复合材料1-6和对比例1所得到的丝网印刷样品进行耐盐雾腐蚀测试。其结果如表1所示。
表1测试结果
| 硬度(HD) | 光泽度(GU) | 耐磨擦性 | 耐盐雾腐蚀性 | |
| 实施例1 | 88 | 173 | 图案清晰 | 无明显变化 |
| 实施例2 | 88 | 152 | 图案清晰 | 无明显变化 |
| 实施例3 | 91 | 137 | 图案清晰 | 无明显变化 |
| 实施例4 | 80 | 126 | 图案清晰 | 无明显变化 |
| 实施例5 | 86 | 150 | 图案清晰 | 无明显变化 |
| 实施例6 | 90 | 143 | 图案清晰 | 无明显变化 |
| 对比例1 | 80 | 114 | 图案模糊 | 无明显变化 |
从表1中明确可知，本发明的实施例1-6的陶瓷复合材料，在硬度、光泽度、耐磨擦性和耐盐雾腐蚀性方面均远远好于与对比例1的丝网印刷样品。本发明的陶瓷复合材料图案更清晰，并呈现出立体感。另外，本发明的陶瓷复合材料的图案装饰填料，由于是镶嵌于陶瓷基板上，与陶瓷基板形成为一体化，具有非常好的耐磨擦性，并且能够进行进一步机械加工处理，制成相应的结构件。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种陶瓷复合材料，其特征在于，该陶瓷复合材料包括陶瓷基材和图案装饰填料，所述陶瓷基材上具有图案凹槽，所述图案装饰填料填充在所述图案凹槽中。
2.根据权利要求1所述的陶瓷复合材料，其特征在于，所述陶瓷基材为氧化锆陶瓷。
3.根据权利要求1所述的陶瓷复合材料，其特征在于，所述图案凹槽的深度和陶瓷基材的厚度的比为0.1-0.9：1。
4.根据权利要求1所述的陶瓷复合材料，其特征在于，所述图案装饰填料含有热固性树脂、以及、金属粉末和/或金属氧化物粉末。
5.根据权利要求4所述的陶瓷复合材料，其特征在于，相对于100重量份的热固性树脂，金属粉末的含量为100-600重量份，金属氧化物粉末的含量为1-50重量份。
6.根据权利要求4或5所述的陶瓷复合材料，其特征在于，所述金属粉末或金属氧化物粉末的粒径为0.1-10μm，平均粒径为1-5μm。
7.根据权利要求6所述的陶瓷复合材料，其特征在于，所述金属粉末为选自铝、银、镍、锆、铬及它们的合金中的一种或几种，所述金属氧化物粉末为选自氧化铁、氧化铬、氧化铒和氧化钴中的一种或几种。
8.根据权利要求4或5所述的陶瓷复合材料，其特征在于，所述热固性树脂为选自环氧树脂、聚酯树脂和丙烯酸树脂中的一种或几种。
9.根据权利要求4所述的陶瓷复合材料，其特征在于，所述图案装饰填料还含有固化剂，相对于100重量份的热固性树脂，固化剂的含量为5-65重量份。
10.一种陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：将图案装饰材料填充到带有图案凹槽的陶瓷基材上，加热使图案装饰材料固化后对图案凹槽表面进行抛光处理。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170405 |
|
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