CN110950657A - 一种天蓝色氧化锆陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种天蓝色氧化锆陶瓷，以钇稳定氧化锆、氧化锌、氧化铝、氧化镍为原料经烧结制得；所述氧化铝、氧化锌和氧化镍的添加总量为钇稳定氧化锆的1.5～3.5wt％；所述氧化铝、氧化锌和氧化镍在陶瓷中形成具有尖晶石结构的天蓝色着色剂，其化学式为NiO·nAl2O3·xZnO，其中1≤n≤2，0.16≤x≤0.27。此外，还公开了上述天蓝色氧化锆陶瓷的制备方法。本发明配方简单、原料价格低廉、环境友好，所形成的尖晶石着色剂具有优异的高温稳定性，其作为色剂使用不仅具有低掺量的优点，而且制备的天蓝色氧化锆陶瓷兼具优良的美学色泽与力学强度。

Description

一种天蓝色氧化锆陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷技术领域，尤其涉及一种天蓝色氧化锆陶瓷及其制备方法。
背景技术
氧化锆陶瓷具有优异的机械性能，在许多领域应用广泛。近年来，氧化锆陶瓷在诸如手机背板、可穿戴电子产品外壳等领域的使用发展迅速。作为外壳装饰，要求材料不褪色、耐磨损，具有精致的视觉感受。天蓝色是装饰材料中一种受欢迎的流行色彩。目前，彩色氧化锆是通过氧化锆粉体与着色剂，经过混合、成型、高温烧结进行制备。
CoAl2O4是目前蓝色氧化锆陶瓷制备中的常用蓝色着色剂之一，通过将氧化钴、氧化铝与氧化锆粉料经球磨过筛混合均匀作为基料制备成氧化锆陶瓷。但该工艺中氧化钴价格昂贵，生产成本较高。此外，氧化锆陶瓷的密实化烧结温度一般在1350℃以上，CoAl2O4着色剂在烧结过程中容易分解、挥发而导致色移，从而进一步影响了陶瓷的色度与力学性能。
氧化锆与含硅、钒等化合物能够形成钒锆蓝着色剂，现有技术是通过将氧化钴、二氧化硅、氧化铝、五氧化二钒、氧化镁，经称量、球磨、干燥、过筛、混炼、注射、溶剂脱脂、烧成、粗加工、细加工、抛光而获得粉蓝色氧化锆陶瓷制品。但该工艺复杂，必须在还原气氛下烧结，且二氧化硅的加入会使得氧化锆陶瓷制品力学性能降低。
氧化铷可作为一种天蓝色氧化锆陶瓷的着色剂，现有技术是采用多段式烧结使氧化锆烧结致密并着色。但该工艺的多段式烧结过于繁杂，不易精确控制烧结程度，且氧化铷极易潮解，不易保存，不适用于大规模生产。
此外，目前也研究开发了一种通过液相浸渗法制备蓝色氧化锆陶瓷的方法，该技术包括：选用含有蓝色着色离子(Co2+和Al3+)的溶液对水萃取脱脂后具有孔隙结构的注射成型陶瓷素坯进行浸渗，然后经高温烧结制备出蓝色氧化锆陶瓷。该工艺中注射成型需脱去所有有机物，但水萃取脱脂仍会有有机物残留，极易污染环境。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种配方简单、原料价格低廉、环境友好、高温显色稳定、力学性能优良的天蓝色氧化锆陶瓷。本发明的另一目的在于提供上述天蓝色氧化锆陶瓷的制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的一种天蓝色氧化锆陶瓷，以钇稳定氧化锆、氧化锌、氧化铝、氧化镍为原料经烧结制得；所述氧化铝、氧化锌和氧化镍的添加总量为钇稳定氧化锆的1.5～3.5wt％；所述氧化铝、氧化锌和氧化镍在陶瓷中形成具有尖晶石结构的天蓝色着色剂，其化学式为NiO·nAl2O3·xZnO，其中1≤n≤2，0.16≤x≤0.27。
上述方案中，本发明所述烧结温度为1350～1550℃。所述钇稳定氧化锆中氧化钇的含量为3.5～5.0wt％。
进一步地，本发明所述天蓝色氧化锆陶瓷的CIE Lab SCE色彩值为60≤L*≤75、-24≤a*≤-18、-30≤b*≤-14，其抗弯强度为800～1050MPa。
本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的上述天蓝色氧化锆陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)将所述氧化铝、氧化锌和氧化镍混合后，以无水乙醇为混合介质研磨混合均匀而得到浆料，经烘干后得到色剂混合物；或者，经烘干后在1350～1550℃温度下煅烧得到色剂混合物；
(2)将所述钇稳定氧化锆与所述色剂混合物球磨混合均匀后，经压制成型、在1350～1550℃温度下烧结，即制得天蓝色氧化锆陶瓷。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所使用的着色原料为氧化铝、氧化锌和氧化镍，色剂配方简单，价格低廉，制备工艺简便可控，有利于生产成本的降低。
(2)本发明中所形成的尖晶石着色剂具有优异的高温稳定性，其作为色剂使用不仅具有低掺量的优点，而且制备的天蓝色氧化锆陶瓷兼具优良的美学色泽与力学强度。
附图说明
下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述：
图1是本发明实施例一制得的天蓝色氧化锆陶瓷的扫描电镜照片；
图2是本发明实施例一制得的天蓝色氧化锆陶瓷的XRD图。
具体实施方式
实施例一：
本实施例一种天蓝色氧化锆陶瓷的制备方法，其步骤如下：
(1)将氧化铝1.53g、氧化锌0.22g和氧化镍0.747g混合后，以无水乙醇为混合介质研磨混合均匀而得到浆料，烘干后得到色剂混合物；
(2)将氧化钇含量为3.5wt％的钇稳定氧化锆与用量为钇稳定氧化锆2.5wt％的上述色剂混合物球磨混合均匀后，经压制成型、在1450℃温度下烧结2小时，即制得天蓝色氧化锆陶瓷。
本实施例由氧化铝、氧化锌和氧化镍经烧结在陶瓷中形成具有尖晶石结构、化学式为NiO·nAl2O3·xZnO(n＝1.5，x＝0.27)的天蓝色着色剂。所制得的天蓝色氧化锆陶瓷其抗弯强度为1000MPa，CIE Lab SCE色彩值为L*＝75，a*＝-23，b*＝-30。
图1中深色颗粒为NiO·nAl2O3·xZnO天蓝色着色剂，浅色区域为氧化锆，着色剂分布均匀。如图2所示，主晶相为氧化锆，NiO·nAl2O3·xZnO着色剂并未进入氧化锆晶格中。
实施例二：
本实施例一种天蓝色氧化锆陶瓷的制备方法，其步骤如下：
(1)将氧化铝1.224g、氧化锌0.18g和氧化镍0.747g混合后，以无水乙醇为混合介质研磨混合均匀而得到浆料，烘干后在马弗炉中于1450℃煅烧2小时，研磨粉碎得到色剂混合物；
(2)将氧化钇含量为3.8wt％的钇稳定氧化锆与用量为钇稳定氧化锆2.5wt％的上述色剂混合物球磨混合均匀后，经压制成型、在1450℃温度下烧结2小时，即制得天蓝色氧化锆陶瓷。
本实施例由氧化铝、氧化锌和氧化镍经烧结在陶瓷中形成具有尖晶石结构、化学式为NiO·nAl2O3·xZnO(n＝1.2，x＝0.22)的天蓝色着色剂。所制得的天蓝色氧化锆陶瓷其抗弯强度为950MPa，CIE Lab SCE色彩值为L*＝66，a*＝-20，b*＝-22。
实施例三：
本实施例一种天蓝色氧化锆陶瓷的制备方法，其步骤如下：
(1)将氧化铝1.938g、氧化锌0.19g和氧化镍0.747g混合后，以无水乙醇为混合介质研磨混合均匀而得到浆料，烘干后在马弗炉中于1450℃煅烧2小时，研磨粉碎得到色剂混合物；
(2)将氧化钇含量为4.9wt％的钇稳定氧化锆与用量为钇稳定氧化锆2.5wt％的上述色剂混合物球磨混合均匀后，经压制成型、在1400℃温度下烧结2小时，即制得天蓝色氧化锆陶瓷。
本实施例由氧化铝、氧化锌和氧化镍经烧结在陶瓷中形成具有尖晶石结构、化学式为NiO·nAl2O3·xZnO(n＝1.9，x＝0.23)的天蓝色着色剂。所制得的天蓝色氧化锆陶瓷其抗弯强度为900MPa，CIE Lab SCE色彩值为L*＝65，a*＝-22，b*＝-24。
实施例四：
本实施例一种天蓝色氧化锆陶瓷的制备方法，其步骤如下：
(1)将氧化铝1.020g、氧化锌0.15g和氧化镍0.747g混合后，以无水乙醇为混合介质研磨混合均匀而得到浆料，烘干后在马弗炉中于1350℃煅烧2小时，研磨粉碎得到色剂混合物；
(2)将氧化钇含量为4.2wt％的钇稳定氧化锆与用量为钇稳定氧化锆3.0wt％的上述色剂混合物球磨混合均匀后，经压制成型、在1350℃温度下烧结2小时，即制得天蓝色氧化锆陶瓷。
本实施例由氧化铝、氧化锌和氧化镍经烧结在陶瓷中形成具有尖晶石结构、化学式为NiO·nAl2O3·xZnO(n＝1.0，x＝0.18)的天蓝色着色剂。所制得的天蓝色氧化锆陶瓷其抗弯强度为800MPa，CIE Lab SCE色彩值为L*＝63，a*＝-22，b*＝-18。
实施例五：
本实施例一种天蓝色氧化锆陶瓷的制备方法，其步骤如下：
(1)将氧化铝1.53g、氧化锌0.14g和氧化镍0.747g混合后，以无水乙醇为混合介质研磨混合均匀而得到浆料，烘干后在马弗炉中于1550℃煅烧2小时，研磨粉碎得到色剂混合物；
(2)将氧化钇含量为5.0wt％的钇稳定氧化锆与用量为钇稳定氧化锆3.5wt％的上述色剂混合物球磨混合均匀后，经压制成型、在1550℃温度下烧结2小时，即制得天蓝色氧化锆陶瓷。
本实施例由氧化铝、氧化锌和氧化镍经烧结在陶瓷中形成具有尖晶石结构、化学式为NiO·nAl2O3·xZnO(n＝1.5，x＝0.17)的天蓝色着色剂。所制得的天蓝色氧化锆陶瓷其抗弯强度为830MPa，CIE Lab SCE色彩值为L*＝60，a*＝-21，b*＝-20。
实施例六：
本实施例一种天蓝色氧化锆陶瓷的制备方法，其步骤如下：
(1)将氧化铝2.040g、氧化锌0.20g和氧化镍0.747g混合后，以无水乙醇为混合介质研磨混合均匀而得到浆料，烘干后在马弗炉中于1450℃煅烧2小时，研磨粉碎得到色剂混合物；
(2)将氧化钇含量为4.5wt％的钇稳定氧化锆与用量为钇稳定氧化锆1.5wt％的上述色剂混合物球磨混合均匀后，经压制成型、在1500℃温度下烧结2小时，即制得天蓝色氧化锆陶瓷。
本实施例由氧化铝、氧化锌和氧化镍经烧结在陶瓷中形成具有尖晶石结构、化学式为NiO·nAl2O3·xZnO(n＝2.0，x＝0.24)的天蓝色着色剂。所制得的天蓝色氧化锆陶瓷其抗弯强度为1050MPa，CIE Lab SCE色彩值为L*＝64，a*＝-18，b*＝-14。
实施例七：
本实施例一种天蓝色氧化锆陶瓷的制备方法，其步骤如下：
(1)将氧化铝1.428g、氧化锌0.13g和氧化镍0.747g混合后，以无水乙醇为混合介质研磨混合均匀而得到浆料，烘干后在马弗炉中于1450℃煅烧2小时，研磨粉碎得到色剂混合物；
(2)将氧化钇含量为4.0wt％的钇稳定氧化锆与用量为钇稳定氧化锆3.5wt％的上述色剂混合物球磨混合均匀后，经压制成型、在1450℃温度下烧结2小时，即制得天蓝色氧化锆陶瓷。
本实施例由氧化铝、氧化锌和氧化镍经烧结在陶瓷中形成具有尖晶石结构、化学式为NiO·nAl2O3·xZnO(n＝1.4，x＝0.16)的天蓝色着色剂。所制得的天蓝色氧化锆陶瓷其抗弯强度为810MPa，CIE Lab SCE色彩值为L*＝72，a*＝-24，b*＝-26。

Claims (5)

1.一种天蓝色氧化锆陶瓷，其特征在于：以钇稳定氧化锆、氧化锌、氧化铝、氧化镍为原料经烧结制得；所述氧化铝、氧化锌和氧化镍的添加总量为钇稳定氧化锆的1.5～3.5wt％；所述氧化铝、氧化锌和氧化镍在陶瓷中形成具有尖晶石结构的天蓝色着色剂，其化学式为NiO·nAl2O3·xZnO，其中1≤n≤2，0.16≤x≤0.27。
2.根据权利要求1所述的天蓝色氧化锆陶瓷，其特征在于：所述烧结温度为1350～1550℃。
3.根据权利要求1所述的天蓝色氧化锆陶瓷，其特征在于：所述钇稳定氧化锆中氧化钇的含量为3.5～5.0wt％。
4.根据权利要求1所述的天蓝色氧化锆陶瓷，其特征在于：所述天蓝色氧化锆陶瓷的CIE Lab SCE色彩值为60≤L*≤75、-24≤a*≤-18、-30≤b*≤-14，其抗弯强度为800～1050MPa。
5.权利要求1-4之一所述天蓝色氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将所述氧化铝、氧化锌和氧化镍混合后，以无水乙醇为混合介质研磨混合均匀而得到浆料，经烘干后得到色剂混合物；或者，经烘干后在1350～1550℃温度下煅烧得到色剂混合物；
(2)将所述钇稳定氧化锆与所述色剂混合物球磨混合均匀后，经压制成型、在1350～1550℃温度下烧结，即制得天蓝色氧化锆陶瓷。
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