CN108439997A - 多色陶瓷的制备方法及其制品 - Google Patents

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徐思坤
徐志军
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Abstract

本发明涉及一种多色陶瓷的制备方法及其制品，所述多色陶瓷的制备方法包括以下步骤：S110：提供若干份陶瓷粉料，所述若干份陶瓷粉料中至少有两份陶瓷粉料的颜色相异，将每一份陶瓷粉料分别采用干压成型法成型，形成若干素坯；S120：每一个素坯朝向相邻的素坯的一面设为连接面，将每一个素坯的连接面分别进行第一次机械加工，使相邻的两个素坯的连接面具有相互匹配的凹凸结构，获得至少两个具有凹凸结构的素坯；S130：将全部具有凹凸结构的素坯进行匹配组装，然后冷等静压，获得多色组装体；S140：将多色组装体进行排胶、烧结，获得多色陶瓷坯体。方法简易可行，可制备具有多种颜色的陶瓷，且坯体致密性佳。

Description

多色陶瓷的制备方法及其制品
技术领域
本发明涉及陶瓷制备工艺技术领域，特别是涉及多色陶瓷的制备方法及其制品。
背景技术
作为新型高技术陶瓷，氧化锆陶瓷具有高强度、高断裂韧性以及优异的隔热性能以及耐高温性能等属性，被广泛的应用于结构陶瓷和功能陶瓷领域。氧化锆陶瓷产品外观可见两种或者以上不同颜色组成的一款外观陶瓷件，以获得美观的装饰效果。
目前氧化锆陶瓷材料的各种产品，主要是单一的一种颜色，如黑色、白色、粉色、蓝色等，还没有一款结合两种或两种以上颜色粉料组合成一个整体的陶瓷外观件。所以如何制备一种多色陶瓷是目前亟需解决的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种多色陶瓷的制备方法，方法简易可行，可制备具有多种颜色的陶瓷，且坯体致密性佳。
一种多色陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
S110：提供若干份陶瓷粉料，若干份陶瓷粉料中至少有两份陶瓷粉料的颜色相异，将每一份陶瓷粉料分别采用干压成型法成型，形成若干素坯；
S120：每一个素坯朝向相邻的素坯的一面设为连接面，将每一个素坯的连接面分别进行第一次机械加工，使相邻的两个素坯的连接面具有相互匹配的凹凸结构，获得至少两个具有凹凸结构的素坯；
S130：将全部具有凹凸结构的素坯进行匹配组装，然后冷等静压，获得多色组装体；
S140：将多色组装体进行排胶、烧结，获得多色陶瓷坯体。
上述多色陶瓷的制备方法，采用干压成型初步成型，获得若干素坯，再将若干素坯组装冷等静压，获得多种颜色的陶瓷制品；干压成型后对素坯进行第一次机械加工，可使素坯的表面呈现多样化的形状结构，或者在若干素坯组装后，利用相互匹配的凹凸结构呈现交叉成型的颜色层，由于陶瓷制品的颜色是由其自身的原料带来的，所以溶液清洗不容易掉色，且坯体的致密性良好，不易断裂。
在其中一个实施例中，S130与S140步骤之间还包括S135，S135为：将多色组装体进行第二次机械加工，去掉凸边和/或成型预设结构。
在其中一个实施例中，陶瓷粉料中的粘结剂质量含量为3％～5％。
在其中一个实施例中，S110步骤制得的若干素坯的密度为1.5～2.0g/㎝3。
在其中一个实施例中，干压成型的压力为95～110MPa，保压时间1.3～2.3s。
在其中一个实施例中，干压成型的压力为98～105MPa，保压时间1.6～2.0s。
在其中一个实施例中，干压成型的压力为98～105MPa，保压时间1.7～1.9s。
在其中一个实施例中，冷等静压的压强为230～280MPa，保压时间为9～11min。
在其中一个实施例中，凹凸结构由平行间隔设置的凸起和凹槽构成。
一种多色陶瓷，采用上述多色陶瓷的制备方法制成。
附图说明
图1为本发明多色陶瓷的制备方法的第一个实施例的S110中干压成型后的黑色素坯及白色素坯的示意图；
图2为本发明多色陶瓷的制备方法的第一个实施例的S120中第一次机械加工后的黑色素坯及白色素坯的示意图；
图3为本发明多色陶瓷的制备方法的第一个实施例的S130中的多色组装体的示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
下列实施例中未注明具体条件的试验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书建议的调节进行选择。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过市售购买获得的常规产品。
本发明提供一种多色陶瓷的制备方法，用于制备多色陶瓷制品。
所述多色陶瓷的制备方法包括以下步骤：
S110：提供若干份陶瓷粉料，若干份陶瓷粉料中至少有两份陶瓷粉料的颜色相异，将每一份陶瓷粉料分别采用干压成型法成型，形成若干素坯。
例如，提供三种颜色黑色、白色、蓝色的陶瓷粉料，将黑色陶瓷粉料、白色陶瓷粉料和蓝色陶瓷粉料分别干压成型，获得黑色素坯、白色素坯和蓝色素坯。
或者提供第一种蓝色陶瓷粉料、第二种蓝色陶瓷粉料、白色陶瓷粉料，将第一种蓝色陶瓷粉料、第二种蓝色陶瓷粉料和白色陶瓷粉料分别干压成型，获得第一蓝色素坯、第二蓝色素坯和白色素坯。
或者其它颜色的陶瓷粉料。
一些实施例中，每一种颜色的陶瓷粉料中的粘结剂质量含量为3％～5％，例如可以为，但不限于3％、3.1％、3.2％、3.5％、3.6％、3.7％、3.8％、3.9％、4％、4.1％、4.2％、4.3％、4.4％、4.5％、4.6％、4.7％、4.8％、4.9％或5％等。使陶瓷粉料可以成型为素坯，且不会粘结太紧致，为后续的冷等静压留出粘结孔隙。
一个实施例中，干压成型制得的若干素坯的密度为1.5～2.0g/㎝3，例如可以为，但不限于1.5g/㎝3、1.55g/㎝3、1.6g/㎝3、1.65g/㎝3、1.7g/㎝3、1.75g/㎝3、1.8g/㎝3、1.85g/㎝3、1.9g/㎝3、1.95g/㎝3或2.0g/㎝3等，1.5～2.0g/㎝3密度的素坯孔隙率最佳。
一些实施例中，干压成型的压力为95～110MPa，例如可以为，但不限于95MPa、96MPa、97MPa、98MPa、99MPa、100MPa、101MPa、102MPa、103MPa、104MPa或105MPa等；干压成型的保压时间为1.3～2.3s，例如可以为，但不限于1.3s、1.4s、1.5s、1.6s、1.7s、1.8s、1.9s、2.0s、2.1s、2.2s或2.3s等。较优地，干压成型的压力为98～105MPa，保压时间为1.6～2.0s。若模具在素坯表面停留过久，会使素坯表面的孔隙被磨平，边缘粉料粘结紧致，对后续的组装体成型不利，可能会产生粘结不牢靠，产生断裂的问题。本发明采用干压快速成型，不在素坯的表面停留过久，使素坯表面具有孔隙，冷等静压时，相邻素坯的连接面的陶瓷粉料在静压的冲撞下形成交叉粘结，保证了组装体粘结的紧密性。
S120：每一个素坯朝向相邻的素坯的一面设为连接面，用于相邻的两个素坯的连接组合，将每一个素坯的连接面分别进行第一次机械加工，使相邻的两个素坯的连接面具有相互匹配的凹凸结构。相邻的两个连接面的凹凸结构的尺寸符合配合公差，使两个素坯冷等静压后组合恰好，避免超出尺寸范围而冲撞过度，或产生连接不到位的问题。
一些实施例中，凹凸结构由平行间隔设置的凸起和凹槽构成，更便于组合。
S130：将全部具有凹凸结构的素坯进行匹配组装，然后冷等静压，获得多色组装体。
一些实施例中，冷等静压的压强为230～280MPa，例如可以为，但不限于230MPa、235MPa、240MPa、243MPa、245MPa、246MPa、247MPa、248MPa、249MPa、250MPa、251MPa、252MPa、253MPa、254MPa、255MPa、256MPa、257MPa、258MPa、260MPa、262MPa、265MPa、268MPa、270MPa、275MPa或280MPa等；冷等静压的保压时间为9～11min，例如可以为，但不限于9min、9.1min、9.2min、9.3min、9.4min、9.5min、9.6min、9.7min、9.8min、9.9min、10min、10.1min、10.2min、10.3min、10.4min、10.5min、10.6min、10.7min、10.8min、10.9min或11min等。多色组装体致密成型，且兼顾凹凸结构的承压力，不会使凹凸结构的边缘崩塌。
S140：将多色组装体进行排胶、烧结，获得多色陶瓷坯体。
一些实施例中，排胶的温度为780℃～850℃，例如可以为，但不限于780℃、790℃、800℃、810℃、820℃、830℃、840℃或850℃等，排出多色组装体内的粘结剂，使更致密。
一些实施例中，烧结的温度为1400℃～1550℃，例如可以为，但不限于1400℃、1410℃、1420℃、1430℃、1440℃、1450℃、1460℃、1470℃、1480℃、1490℃、1500℃、1510℃、1520℃、1530℃、1540℃或1550℃等，1400℃～1550℃温度下烧结，坯体可达到气孔最小、收缩最大、产品最致密、性能最优良和坚实集结体的状态。
一些实施例中，S130与S140步骤之间还包括S135，S135为：将多色组装体进行第二次机械加工，去掉凸边和/或成型预设结构。一些情况下，陶瓷粉料用量稍多，可能造成坯体表面凸边的问题，此时，可通过第二次机械加工进修外形修整。一些情况下，坯体还需要进行开孔、开槽或其它形状的成型加工，亦可通过第二次机械加工完成。
本发明多色陶瓷的制备方法，采用干压成型初步成型，获得若干素坯，再将若干素坯组装冷等静压，获得多种颜色的陶瓷制品；干压成型后对素坯进行第一次机械加工，可使素坯的表面呈现多样化的形状结构，或者在若干素坯组装后，利用相互匹配的凹凸结构呈现交叉成型的颜色层，由于陶瓷制品的颜色是由其自身的原料带来的，所以溶液清洗不容易掉色，且坯体的致密性良好，不易断裂。
以下为实施例说明。需要指出，为便于区别多个凹凸结构，以下实施例中，不同素坯上的凹凸结构或者相同素坯上的多个凹凸结构可命名为上凹凸结构、下凹凸结构、第一凹凸结构或第二凹凸结构等。
实施例1
本实施例的多色陶瓷为制备具有黑色层和白色层的陶瓷圆柱，如图3所示，所述多色陶瓷的制备方法包括以下步骤：
S110：提供黑色陶瓷粉料和白色陶瓷粉料，黑色陶瓷粉料和白色陶瓷粉料中的粘结剂质量含量均为3.5％，将黑色陶瓷粉料和白色陶瓷分别采用干压成型法成型，干压成型的压力为100MPa，保压时间为1.8s，形成黑色素坯11a和白色素坯12，黑色素坯11的密度为1.63g/㎝3，白色素坯12的密度为1.65g/㎝3。
S120：黑色素坯11设有第一连接面13，白色素坯12设有第二连接面14，用于连接组合彼此，将第一连接面13和第二连接面14分别进行第一次机械加工，使黑色素坯11的第一连接面13具有第一凹凸结构15，白色素坯12的第二连接面第二凹凸结构16，第一凹凸结构15与第二凹凸结构16相互匹配，且两者的尺寸符合配合公差，获得具有第一凹凸结构15的黑色素坯11和具有第二凹凸结构16的白色素坯12。
S130：将具有第一凹凸结构15的黑色素坯11与具有第二凹凸结构16的白色素坯12进行匹配组装，然后冷等静压，冷等静压的压强为240MPa，保压时间为11min，获得多色组装体100。
S140：将多色组装体进行排胶、烧结，排胶的温度为780℃，烧结的温度为1450℃，获得多色陶瓷坯体。
实施例2
本实施例的多色陶瓷为制备具有两层白色层间隔蓝色层的陶瓷柱体，所述多色陶瓷的制备方法包括以下步骤：
S110：提供两份白色陶瓷粉料、蓝色陶瓷粉料，两份白色陶瓷粉料和蓝色陶瓷粉料中的粘结剂质量含量均为5％，将两份白色陶瓷粉料和蓝色陶瓷粉料分别采用干压成型法成型，干压成型的压力为98MPa，保压时间为1.9s，形成两个白色素坯和一个蓝色素坯，蓝色色素坯的密度为1.53g/㎝3，两个白色素坯的密度分别为1.54g/㎝3和1.53g/㎝3。
S120：蓝色素坯和两个白色素坯均设有连接面，其中，蓝色素坯的两个表面设有连接面，用于连接组合两个白色素坯。对蓝色素坯和两个白色素坯的连接面分别进行第一次机械加工，使蓝色素坯的两个连接面分别具有上凹凸结构与下凹凸结构，两个白色素坯的连接面分别具有第一凹凸结构与第二凹凸结构。其中，上凹凸结构与第一凹凸结构相互匹配，且两者的尺寸符合配合公差，下凹凸结构与第二凹凸结构相互匹配，且两者的尺寸符合配合公差。
S130：将具有上凹凸结构及下凹凸结构的蓝色素坯、具有第一凹凸结构的白色素坯及具有第二凹凸结构的另一白色素坯进行匹配组装，然后冷等静压，冷等静压的压强为270MPa，保压时间为9min，获得多色组装体。
S135为：将多色组装体进行第二次机械加工，去掉凸边和钻孔。
S140：将第二次机械加工后的多色组装体进行排胶、烧结，排胶的温度为800℃，烧结的温度为1500℃，获得多色陶瓷坯体。
实施例3
本实施例的多色陶瓷为制备具有深蓝色层、浅蓝色层及紫色层的陶瓷方体，所述多色陶瓷的制备方法包括以下步骤：
S110：提供深蓝色陶瓷粉料、浅蓝色陶瓷粉料及紫色陶瓷粉料，深蓝色陶瓷粉料、浅蓝色陶瓷粉料及紫色陶瓷粉料中的粘结剂质量含量均为4.5％，将深蓝色陶瓷粉料、浅蓝色陶瓷粉料及紫色陶瓷粉料分别采用干压成型法成型，干压成型的压力为102MPa，保压时间为1.7s，形成深蓝色素坯、浅蓝色素坯和紫色素坯，深蓝色素坯的密度为1.71g/㎝3，浅蓝色素坯的密度为1.70g/㎝3，紫色素坯的密度为1.69g/㎝3。
S120：深蓝色素坯、浅蓝色素坯和紫色素坯均设有连接面，其中，浅蓝色素坯的两个表面设有连接面，用于连接组合深蓝色素坯和紫色素坯。对深蓝色素坯、浅蓝色素坯和紫色素坯的连接面分别进行第一次机械加工，使浅蓝色素坯的两个连接面分别具有上凹凸结构和下凹凸结构，深蓝色素坯的连接面具有第一凹凸结构，紫色素坯的连接面具有第二凹凸结构。其中，上凹凸结构与第一凹凸结构相互匹配，且两者的尺寸符合配合公差，下凹凸结构与第二凹凸结构相互匹配，且两者的尺寸符合配合公差。
S130：将上凹凸结构和下凹凸结构的浅蓝色素坯、具有第一凹凸结构的深蓝色素坯与具有第二凹凸结构的紫色素坯进行匹配组装，然后冷等静压，冷等静压的压强为233MPa，保压时间为10min，获得多色组装体。
S135：将多色组装体进行第二次机械加工，去掉多色组装体的凸边，获得平整表面的多色组装体。
S140：将第二次机械加工后的多色组装体进行排胶、烧结，排胶的温度为820℃，烧结的温度为1550℃，获得多色陶瓷坯体。
实施例4
本实施例的多色陶瓷为制备具有红色层和蓝色层的陶瓷圆球，所述多色陶瓷的制备方法包括以下步骤：
S110：提供红色陶瓷粉料和蓝色陶瓷粉料，红色陶瓷粉料和蓝色陶瓷粉料中的粘结剂质量含量均为3.3％，将红色陶瓷粉料和蓝色陶瓷粉料分别采用干压成型法成型，干压成型的压力为96MPa，保压时间为1.7s，形成红色素坯和蓝色素坯，红色素坯的密度为1.8g/㎝3，白色素坯的密度为1.82g/㎝3。
S120：红色素坯和蓝色素坯均设有连接面，用于连接组合彼此，将红色素坯和蓝色素坯的连接面分别进行第一次机械加工，使红色素坯的连接面具有第一凹凸结构，蓝色素坯的连接面具有第二凹凸结构，第一凹凸结构与第二凹凸结构相互匹配，且两者的尺寸符合配合公差，获得具有第一凹凸结构的红色素坯和具有第二凹凸结构的蓝色素坯。
S130：将具有第一凹凸结构的红色素坯和具有第二凹凸结构的蓝色素坯进行匹配组装，然后冷等静压，冷等静压的压强为250MPa，保压时间为10min，获得多色组装体。
S140：将多色组装体进行排胶、烧结，排胶的温度为850℃，烧结的温度为1520℃，获得多色陶瓷坯体。
取实施例1至4的多色陶瓷坯体观察其外观，表面致密均匀，无裂纹和断裂的情况。分别对检测实施例1至4的多色陶瓷坯体的密度及室温断裂韧性，结果如表1所示。
表1
由上检测结果可知，本发明多色陶瓷的制备方法制得的多色陶瓷致密性及室温断裂韧性良好，制品无断裂情况，且制备方法可操作性佳，具有良好的推广前景。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种多色陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S110：提供若干份陶瓷粉料，所述若干份陶瓷粉料中至少有两份陶瓷粉料的颜色相异，将每一份陶瓷粉料分别采用干压成型法成型，形成若干素坯；
S120：每一个素坯朝向相邻的素坯的一面设为连接面，将每一个素坯的连接面分别进行第一次机械加工，使相邻的两个素坯的连接面具有相互匹配的凹凸结构；
S130：将全部具有凹凸结构的素坯进行匹配组装，然后冷等静压，获得多色组装体；
S140：将多色组装体进行排胶、烧结，获得多色陶瓷坯体。
2.根据权利要求1所述的多色陶瓷的制备方法，其特征在于，所述S130与S140步骤之间还包括S135，所述S135为：将所述多色组装体进行第二次机械加工，去掉凸边和/或成型预设结构。
3.根据权利要求1所述的多色陶瓷的制备方法，其特征在于，所述陶瓷粉料中的粘结剂质量含量为3％～5％。
4.根据权利要求1所述的多色陶瓷的制备方法，其特征在于，所述S110步骤制得的若干素坯的密度为1.5～2.0g/㎝3。
5.根据权利要求1所述的多色陶瓷的制备方法，其特征在于，所述干压成型的压力为95～110MPa，保压时间1.3～2.3s。
6.根据权利要求5所述的多色陶瓷的制备方法，其特征在于，所述干压成型的压力为98～105MPa，保压时间1.6～2.0s。
7.根据权利要求5所述的多色陶瓷的制备方法，其特征在于，所述干压成型的压力为98～105MPa，保压时间1.7～1.9s。
8.根据权利要求1所述的多色陶瓷的制备方法，其特征在于，所述冷等静压的压强为230～280MPa，保压时间为9～11min。
9.根据权利要求1所述的多色陶瓷的制备方法，其特征在于，所述凹凸结构由平行间隔设置的凸起和凹槽构成。
10.一种多色陶瓷，其特征在于，采用权利要求1至9任一项所述的多色陶瓷的制备方法制成。
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