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色相均匀分布是关键,彩色氧化锆不简单!
2019年08月09日 发布 分类:粉体加工技术 点击量:254
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缤纷的世界少不了色彩的点缀,单一的黑、白色氧化锆陶瓷显然已经不能够满足人们的感官需求,因此如何使其变得“多彩”起来,成为了陶瓷界的一个关注焦点。可以说,“多彩”让氧化锆变得更有价值。

美丽的彩色氧化锆饰品

若想制备彩色氧化锆,关键就在于如何使着色色相(含过渡金属或者稀土金属的氧化物或其他化合物,如CoO、Cr2O3Fe2O3等)能够均匀分布在陶瓷基体中。但对于纳米粉体而言,由于其粒径小、表面积大、表面能高,颗粒间的毛细作用力、静电引力、范德华力突出,因此它们之间极易发生团聚,从而降低陶瓷的物理化学性能。因此,要想制备出性能良好,颜色多样的氧化锆陶瓷,必须要找到合适的分散方法,常用的有以下几种:

固相混合法

采用混合球磨技术制备彩色氧化锆粉末是目前最常用的一个方式,将着色剂、矿化剂等氧化物颗粒按照一定化学配比,与稳定氧化锆纳米粉体进行混合、球磨,固体颗粒晶粒在此过程中被细化,发生了利于实现低温化学反应的微裂纹、晶格扭曲、表面能升高等现象,具有工艺简单、成本低廉、操作方便、易工业化等优点。

固相混合法工艺流程图

但固相混合法的最大缺点是无法克服纳米颗粒团聚,着色相和基体纳米颗粒混合不均匀,且球磨时间长,球磨介质或大气对粉体有可能造成严重的污染。另外,固相反应速度受粒子扩散的影响,由于呈色反应物之间的传质距离较大,所以很难使着色剂在氧化锆基体中的呈色反应充分进行,从而导致着色的稳定性难以控制,存在色差现象。

而且该法高温保温时间长,能耗高,昂贵的着色剂挥发浪费严重,球磨之后的干燥过程中分散颗粒会发生团聚、沉降等现象,所以在固相混合法基础上,通常采用电解质分散剂或超声波分散技术预制粉体颗粒的团聚、沉降,改善粉体颗粒的分散性。

化学共沉淀法

化学共沉淀法是利用锆盐、稳定剂盐和着色离子盐溶液混合后,通过与碱或者碳酸盐等的反应,共同生成氢氧化物或者碳酸盐沉淀,然后加热分解而获得氧化锆复合粉体,其工艺流程如下图所示。

化学共沉淀法的工艺流程图

化学共沉淀法工艺比较复杂,但获得的粉末纯度高、性能优良。但该法的缺点是由于彩色氧化锆共沉淀离子复杂,导致后期烧结过程中反应复杂,氧化锆稳定剂有可能与着色离子发生不可预期的反应,从而大量消耗。一方面影响最终彩色氧化锆制品的性能,另一方面也影响着色离子的显色光学性能。

同时,采用化学沉淀法时必须要注意一个问题,就是硬团聚的形成,为了避免这个现象,可通过以下几种措施进行改善:减少杂质离子的引入;采用醇、丙酮等这些有机溶剂洗涤沉淀产物,抑制粉料的团聚;在粉料的干燥阶段一般采用超零界干燥和冷冻干燥的方法等。

液相浸渗法

液相浸渗法可以很好地实现高均匀度掺杂、在保持材料原性能的前提下,赋予其表面新的性能。该工艺流程如下图所示:

 

液相浸渗法的工艺流程图

首先把注射成型后的坯体经过水萃取脱脂得到具有连通孔隙结构的坯体,然后将其置于含有着色相离子的溶液中进行浸渗。着色相离子随着溶液经由孔隙从坯体的表面渗入其内部;浸渗的深度由浸渗时间的长短来控制,最后制得各种性能优异的彩色氧化锆陶瓷。

液相浸渗法所需要的浸渗基体必须含有内部连通表面开口的孔隙结构,这样才能保证溶液中的着色相离子可以从表面慢慢的渗入到里面,进而均匀分布在基体内部。与传统制备工艺相比,液相浸渗法在工艺上更加简便,且制备出的彩色氧化锆陶瓷在颜色均一性和物理性能上都具有明显的优势。此外,液相浸渗法能充分利用注射成型能制得各种形状复杂的氧化锆坯体,从而制得各种复杂形状的彩色氧化锆陶瓷。

资料来源:

彩色氧化锆陶瓷的制备工艺进展,程磊。

粉体圈 小榆整理


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