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彩色氧化锆粉体的制备方法
化锆陶瓷产品实现颜色多样化是目前市场所需,在众多着色方法中,粉体着色生产的陶瓷更便于切割等深加工而不破坏美观。可以说陶瓷的色彩多样化关键在于粉体的着色。粉体着色涉及两个方面:彩色粉体的制备工艺以及着色剂的选择。


图  彩色氧化锆粉体  来自福瑞斯官网


一、彩色粉体的制备工艺


1. 机械混合法


机械混合法是一种较直接、简单的方法。主要过程是将陶瓷粉体与着色剂进行混合、球磨,得到彩色氧化锆粉体。目前,彩色氧化锆(尤其是黑色)的合成多采用机械混合法,其工艺简单,成本低廉,易于工业化。


图 机械混合法制备彩色氧化锆粉体


机械混合法的不足之处是不能消除纳米颗粒的团聚,难以使着色相和基体纳米颗粒混合均匀,容易造成制品着色不够均匀稳定,在干燥过程中的团聚、沉降将造成进一步的不均匀性。


改善的方法:

  • 在机械混合的基础上配合大功率的超声波,破坏团聚;

  • 调整体系的pH值,使两种粉体颗粒表面带同种电荷而相互排斥,使其具有静电稳定性;

  • 使用适当的分散剂,一般采用表面张力小的有机分散剂置换颗粒表面吸附的水分,使颗粒聚结所产生的毛细管力降低。


2. 非均匀沉淀法


非均匀沉淀法是在分散好的氧化锆基体悬浮液中,通过调节pH值使沉淀反应在基体表面进行,从而形成具有核壳结构的复合粉体,可实现着色离子对氧化锆颗粒的均匀包覆和混合。


图 非均匀沉淀法制备彩色氧化锆粉体


与机械混合法相比,能有效的克服颗粒间的团聚,缩短烧结过程中着色离子反应的传质距离并有效减少挥发,更易于制备出成色均匀稳定的彩色氧化锆陶瓷。


二、着色剂的选择


因为氧化锆陶瓷的烧结温度较高,一般在1550~1650℃,所以着色剂就需要耐高温、能抵抗还原气氛、较强的耐酸碱能力以及对陶瓷机械性能影响小。


根据呈色成分的属性,氧化锆着色剂可分为三类:

  1. 过渡金属致色系:铁、铬、锰、钴、钒、镍等;

  2. 稀土金属致色系:镨、钕、铈、镧、铽等;

  3. 色剂系:如Cd-S-Se。


其中金属元素着色剂的呈色取决于金属元素在混合物中的氧化数,如铬氧化数增加,呈色范围从绿到红。致色离子含氧盐由于能在一定温度下分解产生原生态的氧化物或离子,活性较大,易于进入氧化锆晶格或与氧化锆反应,相对于致色离子的氧化物着色剂,其颜色更均匀,明度和饱和性较好。


下表为大家简单列出几种颜色相对应的着色剂,着色剂含量不同颜色也会有所变化,实际应用中也可以根据三原色原理,采用多种着色剂混合制备色彩效果更好的陶瓷产品。


黄色

五氧化钒、偏钒酸铵、氧化镨

蓝色

三氧化二钴、硝酸钴、钴铝尖晶石

红棕色

氧化铁

灰褐色

氧化铜

粉红色

氧化铬、氧化铒

绿色

氧化镍、氯化镍、镍铝尖晶石

黑色

氧化锰

图 不同颜色的着色剂


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