[发明专利]一种彩色氧化锆陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于掺杂陶瓷材料的制备领域，具体涉及一种彩色氧化锆陶瓷的制备方法。

背景技术

加入钇或铈作相稳定剂的相变增韧多晶氧化锆陶瓷材料具有很多优良的特性：1)硬度高，莫氏硬度达7；2)强度高，室温抗压强度可达2100MPa，抗弯强度达600～1400MPa，据报道最好的韧化氧化锆陶瓷甚至可达2000MPa；3)韧性好，氧化锆的韧性达9～15MPa·m^1/2，优于氧化铝、碳化硅等其他结构陶瓷；4)化学稳定性好，抗腐蚀能力强，不与人的体液反应，与人体亲密接触不产生副作用。因此，相变增韧的多晶氧化锆陶瓷广泛的应用于模具、刀具、发动机、生物陶瓷等领域，被称为是大有发展前景的先进结构陶瓷材料。

仅掺有稳定剂的氧化锆陶瓷材料颜色为白色或淡黄色，而通过掺杂其他过渡金属氧化物或者稀土氧化物的办法，可以制备出多种颜色的氧化锆陶瓷，既可以利用氧化锆陶瓷材料优良的机械性能，又能利用丰富多彩的外观而进一步拓宽氧化锆陶瓷材料在钟表、装饰品、工艺品和对外观有要求的领域的应用。

目前制备彩色陶瓷的方法主要是通过固相机械混合的方法，如球磨、搅拌、混炼等技术，将着色剂与陶瓷粉体进行混合，成型后烧结。这种方法的缺点是：

1)呈色不均匀，机械混合的方法很难使着色剂在陶瓷基体中分散均匀，因此烧结后，样品外观的颜色呈现区域不均匀，从而导致成品率低，观感差，无法实际应用；

2)重复性差，不同批次机械混合的效果很难一致，不同粒径粉体的混合效果也有差别，导致烧结后样品颜色的重复性不好；

3)一般用作着色剂的过渡金属氧化物在高温烧结(1300～1550℃)时，大量挥发，这既容易造成呈色不均匀，又易造成挥发物污染，同时着色剂的挥发也造成了能源的消耗和制备成本的增加。

另外一种通过氧化锆陶瓷表面氮化形成氮化锆而制备金色陶瓷的方法(参见申请号为01119222.4的发明专利)，其生产成本高，对设备和生产条件要求高。还有一种通过石墨在高温下渗透白色氧化锆样品制备黑色氧化锆的方法(参见公开号CN1566021A的专利)，其对烧结设备和条件要求也较高。且这两种方法应用范围都不广，只能制备单一黑色的氧化锆陶瓷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种彩色氧化锆陶瓷的制备方法，该方法采用化学沉淀法实现稳定剂和着色剂与氧化锆陶瓷粉体的均匀混合。

一种彩色氧化锆陶瓷的制备方法，该方法采用化学沉淀法实现稳定剂、着色剂与氧化锆粉体的均匀混合，其中，各原料的配比，以总质量1000份计为：氧化锆粉体：850-980份、稳定剂：10-50份、着色剂：10-120份；具体制备方法如下：

(1)将氧化锆粉体分散于水或者乙醇中制成悬浊液，然后按上述配比向悬浊液中加入稳定剂和着色剂，混合均匀，用碱性溶液或沉淀剂调节溶液pH至9.2-10.0；

(2)过滤步骤(1)得到的溶液，将粉体物质干燥后研磨、过筛；

(3)经成型、脱脂和烧结后，得到彩色氧化锆陶瓷制品。

所述的氧化锆粉体为市售的添加钇或铈稳定氧化锆陶瓷粉，纯度从90％到99.9％，粒径从亚微米级到微米级，粒径分布不限。

所述稳定剂为以下一种或几种物质的水溶液：含镁、钙、铝、硅离子的氯化物、硝酸盐、碳酸盐和硫酸盐，优选稳定剂为MgCl₂、Ca(NO₃)₂或AlCl₃·6H₂O的水溶液。

所述着色剂为以下一种或几种物质的水溶液：含铁、锡、铬、钴、钛、铜、锰离子的氯化盐、硝酸盐、碳酸盐和硫酸盐中的一种或几种。优选着色剂为FeCl₂、FeCl₃·6H₂O、Cu(NO₃)₂、CoCO₃、CrCl₃·6H₂O、SnSO₄或MnCl₂的水溶液。

所述碱性溶液或沉淀剂为以下一种或几种物质的水溶液：吡啶、氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸盐、碳酸氢盐和可溶性硫化物。通过上述碱性溶液或沉淀剂使得稳定剂和着色剂以氢氧化物或碳酸化合物或其他难溶性化合物的形式沉淀下来，形成的氢氧化物或氧化物的水合物或其他难溶性化合物包含但不限于氢氧化铝、氢氧化铁、氢氧化铜、碳酸钙、硫化锡等。形成的氢氧化物或氧化物的水合物或其他难溶性化合物或包覆在氧化锆粉体的表面，或独立沉淀成细小絮状沉淀物。