專利名稱：一種氧化鋯陶瓷及其制備方法
技術領域：
本發明屬于氧化鋯陶瓷技術領域，尤其涉及一種彩色氧化鋯陶瓷及其制備方法。
背景技術：
氧化鋯陶瓷具有強度高、硬度高、韌性好、抗腐蝕、耐高溫、成型性好等特性，被廣泛應用于各個領域，如刀具、模具、閥門、耐火材料、氧傳感器、固體燃料電池等近年來，隨著人們對裝飾品需求的不斷提高，彩色氧化鋯陶瓷以其優異的機械性、 鮮艷的色彩、金屬光澤及無過敏作用的特點，成為高檔裝飾材料的新寵，如手機、表鏈、手鏈等。但是，目前氧化鋯陶瓷常見的只有黑色和白色兩種顏色。有文獻指出也得到了藍色、黃色氧化鋯陶瓷。所以開發更多顏色的氧化鋯陶瓷具有廣闊的市場前景，特別是紫色氧化鋯陶瓷。傳統的紫色色料并不適合于氧化鋯陶瓷，例如氧化錳、氧化鉻、氧化鐠等為原料， 合成的鐠錳鉻紫色陶瓷顏料。但是該紫色顏料加入氧化鋯陶瓷中，并不能使氧化鋯陶瓷顯紫色。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，現有技術中沒有顯紫色的氧化陶瓷，從而提供一種紫色氧化鋯陶瓷及其制備方法。一種紫色氧化鋯陶瓷，其包括基體材料、燒結助劑、氧化釹、添加劑；所述基體材料為氧化釔穩定的氧化鋯；所述添加劑選自氧化鋅、碳酸鋇和氟化鈣中一種或幾種；在使用 Cu-K α射線的X射線衍射中，在2 θ為34. 8 36. 2°出現最高衍射峰。本發明的第二個目的是提供了一種上述氧化鋯陶瓷的制備方法。一種氧化鋯陶瓷的制備方法，其包括如下步驟(1)氧化釹預處理將氧化釹顆粒加入到二乙醇胺溶液中浸泡，然后固液分離；(2)模壓燒結將基材、燒結助劑、添加劑、步驟(1)預處理后的氧化釹顆粒球磨混合，后模壓成形，再高溫燒結而成。本發明所提供的氧化鋯陶瓷顯示紫色，并且顯色穩定、色澤純正靚麗。其制備方法簡單易行，適用于工業大規模生產。
具體實施例方式為了使本發明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖
及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。一種紫色氧化鋯陶瓷，其包括基體材料、燒結助劑、氧化釹、添加劑；所述基體材料為氧化釔穩定的氧化鋯；所述添加劑選自氧化鋅、碳酸鋇和氟化鈣中一種或幾種；在使用 Cu-K α射線的X射線衍射中，在2 θ為34. 8 36. 2°出現衍射峰。
其中，氧化釔穩定的氧化鋯為本領域技術人員所公知的，本發明優選為半穩定型氧化釔穩定的氧化鋯。優選地，本發明氧化釔穩定的氧化鋯中的氧化釔的摩爾分數為3 5%。本發明中燒結助劑的作用是降低陶瓷的燒結溫度，提高陶瓷的燒結效果。常用的燒結助劑為熱導率較高的氧化物。本發明優選選自氧化鎂、氧化鋁、氧化硅、氧化鈣和氧化鈰中的兩種或兩種以上。 以上幾種氧化物導熱率高，并且加入到氧化鋯陶瓷中不會對氧化鋯陶瓷產生不良的影響。更優選情況下，以燒結助劑的總重量為基準，燒結助劑的各組分及其含量為氧化鎂5 50wt%、氧化鋁10 50wt%、氧化硅10 50wt%、氧化鈣5 50wt%、氧化鈰5 50wt%。優選地，本發明中氧化釹的平均粒徑為0. 1 20 μ m，更優選為1 10 μ m。本發明中的添加劑作用是增強氧化鋯陶瓷的顏色穩定性，以及色彩的亮度。添加劑的平均粒徑優選為1 20 μ m。優選地，以陶瓷的總重量為基準，基體材料的含量為80 95wt%，燒結助劑的含量為0. 1 5wt%，氧化釹的含量為3 IOwt%，添加劑的含量為1 5wt%。更優選地，基體材料的含量為87 90wt%，燒結助劑的含量為1 #t%，氧化釹的含量為6 IOwt %，添加劑的含量為1. 5 3wt%。本發明的紫色氧化鋯陶瓷的制備方法，其包括如下步驟(1)氧化釹預處理將氧化釹顆粒加入到二乙醇胺溶液中浸泡，然后固液分離；(2)模壓燒結將基材、燒結助劑、添加劑、步驟(1)預處理后的氧化釹顆粒球磨混合，后模壓成形，再高溫燒結而成。本發明的氧化釹顆粒的平均粒徑優選為0. 1 20 μ m，更優選為1 10 μ m。其中，本發明對二乙醇胺溶液的用量沒有太多限制，能完全將氧化釹浸沒即可。本發明優選每克氧化釹的二乙醇胺溶液的用量為10 40mL。優選地，二乙醇胺溶液的濃度為1. 5 4mol/L。優選情況下，浸泡是在攪拌狀態下進行。更優選在100 250rad/min下浸泡 0. 5 2h。然后固液分離，即將氧化釹顆粒從溶液中分離出來。可以采用過濾、抽濾、離心沉淀等常用的固液分離方法。再將分離出的氧化釹顆粒干燥。步驟O)，將基材材料、燒結助劑、添加劑、步驟(1)處理后的氧化釹顆粒球磨混
I=I O本發明優選先將氧化釹顆粒與添加劑球磨混合，然后加入基體材料球磨混合，最后加入燒結助劑球磨混合。其中，模壓成形為本領域技術人員所公知的，在此不做贅述。高溫燒結亦為本領域技術人員所公知的，本發明優選在1400 1650°C下燒結1 10h，更優選為1450 1600°C下燒結3 8h。本發明優選在惰性氣氛下燒結，因為在氧化性氣氛下，燒結時會有少量的三價釹離子被氧化為高價，從而導致紫色較淺。而在惰性氣氛下，釹離子的顯色效率高，陶瓷顏色較深。本發明的惰性氣氛是指O族氣體氣氛或者氮氣等氣氛或者其混合氣氛。眾所周知，彩色陶瓷的色料要經過高溫燒結而均勻形成在陶瓷材料中。而氧化鋯陶瓷的燒結溫度相對普通陶瓷材料要高出很多，一般高于1400°C。在如此的高溫下，一般陶瓷色料或著色劑會發生分解或揮發，難以達到顯色效果，從而難以制得呈色鮮艷的彩色氧化鋯陶瓷，更別說紫色氧化鋯了。本發明的發明人意外發現，將氧化釹顆粒浸泡在二乙醇胺溶液中，然后和基體、燒結助劑以及添加劑一起制備，制備出的氧化鋯陶瓷顯出穩定的紫色。本發明推定的原因是， 氧化釹顆粒在二乙醇胺的浸泡下，二乙醇胺與氧化釹顆粒的表面反應，消除了氧化釹顆粒表面的懸鍵，降低了氧化釹的表面能，使釹離子的活性提高。當燒結時，助熔劑先融化，在液體環境中，促進釹取代鋯，形成穩定的晶格結構。其XRD圖中2 θ為34. 8 36. 2°出現衍射峰，就是鋯和釹結合所產生的衍射峰；從而使氧化鋯陶瓷顯現穩定的紫色。三價釹離子在可見光部分的吸收峰較多，顏色復雜。鋯和釹結合，使三價釹離子的光譜產生偏移，呈現穩定的紫色。下面結合具體實施例對本發明作進一步的說明。實施例1基體88g半穩定型氧化釔穩定的氧化鋯，其中氧化釔的摩爾分數為3%。燒結助劑0. 6g氧化鎂，0. 8g氧化硅，0. 6g氧化鋁氧化釹8g平均粒徑為5 μ m的氧化釹添加劑0. 4g氧化鋅，0. 8g碳酸鋇，0. 8g氟化鈣(1)預處理先將氧化釹顆粒加入到240ml 3mol/L的二乙醇胺溶液中，在200rad/ min轉速下攪拌lh。然后將氧化釹顆粒從二乙醇胺溶液中過濾出來，在100°C干燥0. 5h。(2)模壓燒結將基體、燒結助劑、步驟⑴得到的氧化釹以及添加劑加入到200mL 無水乙醇中，然后球磨混合6h。取出后置于100°C的烘箱中烘干6h。用瓷研缽將得到的粉料碾碎后過200目篩。用四柱下壓式油壓機將過篩后的粉末以25kN/cm2的壓強壓制lmin， 壓制成5*2*1厘米的坯體。將壓制后的坯體在箱式電爐(山東永法試驗電爐廠KS S-17XB， 17000C )中以1500°C燒結5h，即制得紫色氧化鋯陶瓷，記作Al。實施例2基體94g半穩定型氧化釔穩定的氧化鋯，其中氧化釔的摩爾分數為3. 5%。燒結助劑0· 5g氧化鎂，0. 5g氧化鈣氧化釹3g平均粒徑為1 μ m的氧化釹添加劑0. 4g氧化鋅，0. 8g碳酸鋇，0. 8g氟化鈣(1)預處理先將氧化釹顆粒加入到90ml 3mol/L的二乙醇胺溶液中，在200rad/ min轉速下攪拌lh。然后將氧化釹顆粒從二乙醇胺溶液中過濾出來，在100°C干燥0. 5h。(2)模壓燒結將基體、燒結助劑、步驟(1)得到的氧化釹以及添加劑加 入200mL 無水乙醇中，然后球磨混合6h。取出后置于100°C的烘箱中烘干6h。用瓷研缽將得到的粉料碾碎后過200目篩。用四柱下壓式油壓機將過篩后的粉末以25kN/cm2的壓強壓制Imin 壓制成5*2*1厘米的坯體。將壓制后的坯體在箱式電爐(山東永法試驗電爐廠KS S-17XB) 中以1450°C燒結5h，即可制得紫色氧化鋯陶瓷，記作A2。實施例3
基體83g半穩定型氧化釔穩定的氧化鋯，其中氧化釔的摩爾分數為3%。燒結助劑Ig氧化鎂，Ig氧化鋁，2g氧化硅，Ig氧化鈰氧化釹IOg平均粒徑為20 μ m的氧化釹添加劑0. 4g氧化鋅，0. 8g碳酸鋇，0. 8g氟化鈣(1)預處理先將氧化釹顆粒加入到300ml 3mol/L的二乙醇胺溶液中，在200rad/ min轉速下攪拌lh。然后將氧化釹顆粒從二乙醇胺溶液中過濾出來，在100°C干燥0.證。(2)模壓燒結將基體、燒結助劑、步驟⑴得到的氧化釹以及添加劑加入200mL 無水乙醇中，然后球磨混合他。取出后置于100°c的烘箱中烘干他。用瓷研缽將得到的粉料碾碎后過200目篩。用四柱下壓式油壓機將過篩后的粉末以25kN/cm2的壓強壓制Imin 壓制成5*2*1厘米的坯體。將壓制后的坯體在箱式電爐(山東永法試驗電爐廠KS S-17XB) 中以1600°C燒結5h，即可制得紫色氧化鋯陶瓷，記作A3。實施例4基體88g半穩定型氧化釔穩定的氧化鋯，其中氧化釔的摩爾分數為5%。燒結助劑0. 6g氧化鎂，0. 8g氧化硅，0. 6g氧化鋁氧化釹8g平均粒徑為5 μ m的氧化釹添加劑0. 4g氧化鋅，0. 8g碳酸鋇，0. 8g氟化鈣(1)預處理先將氧化釹顆粒加入到MOml 1.5mol/L的二乙醇胺溶液中，在 250rad/min轉速下攪拌池。然后將氧化釹顆粒從二乙醇胺溶液中過濾出來，在100°C干燥 0. 5h0(2)模壓燒結將基體、燒結助劑、步驟(1)得到的氧化釹以及添加劑加入200mL 無水乙醇中，然后球磨混合他。取出后置于100°c的烘箱中烘干他。用瓷研缽將得到的粉料碾碎后過200目篩。用四柱下壓式油壓機將過篩后的粉末以25kN/cm2的壓強壓制Imin 壓制成5*2*1厘米的坯體。將壓制后的坯體在箱式電爐(山東永法試驗電爐廠KS S-17XB) 中以1500°C燒結5h，即可制得紫色氧化鋯陶瓷，記作A4。實施例5基體85g半穩定型氧化釔穩定的氧化鋯，其中氧化釔的摩爾分數為5%。燒結助劑0. 6g氧化鎂，0. 8g氧化硅，0. 6g氧化鋁氧化釹8g平均粒徑為5 μ m的氧化釹添加劑1. 5g氧化鋅，1. 5g碳酸鋇，2g氟化鈣(1)預處理先將氧化釹顆粒加入到MOml 1.5mol/L的二乙醇胺溶液中，在 250rad/min轉速下攪拌池。然后將氧化釹顆粒從二乙醇胺溶液中過濾出來，在100°C干燥 0. 5h0(2)模壓燒結將基體、燒結助劑、步驟⑴得到的氧化釹以及添加劑加入200mL 無水乙醇中，然后球磨混合他。取出后置于100°c的烘箱中烘干他。用瓷研缽將得到的粉料碾碎后過200目篩。用四柱下壓式油壓機將過篩后的粉末以25kN/cm2的壓強壓制Imin 壓制成5*2*1厘米的坯體。將壓制后的坯體在箱式電爐(山東永法試驗電爐廠KS S-17XB) 中以1500°C燒結5h，即可制得本發明的氧化鋯陶瓷，記作A5。對比例1目前，氧化錳、氧化鉻、氧化鐠等為原料，采用均勻共沉淀法在1100°C下保溫池，合成了鐠錳鉻紫色陶瓷顏料。用鐠錳鉻紫色陶瓷顏料代替氧化釹，其他同實施例1制備氧化鋯陶瓷，記作ACl。性能測試 XRD測試采用日本理學公司的D/MAX2200PC型XRD測試儀，測試電壓為40KV ；測試電流為20mA。將上述實施例與對比例制得的氧化鋯陶瓷樣品A1-A5和ACl放入拋光機(湖南科信電子系統裝備有限公司，PW-1000CE-JY精密單面拋光機)中，先導入中位徑5微米綠碳化硅(南通市金東方金剛砂廠，W 5)粉末粗磨，再用中位徑1. 5微米綠碳化硅(南通市金東方金剛砂廠，Wl. 5)粉末細磨，最后用中位徑0. 5微米金剛石(常熟金剛石粉末廠，W0. 5)粉末拋光，用水洗凈，得到拋光后的檢測樣品。陶瓷的顏色測試采用分光光度計0030007(上海精密儀器儀表有限公司，型號723A)和光澤度儀 0070002(北京泰亞賽福科技發展有限責任公司，MN型)對拋光后的氧化鋯陶瓷樣品A 1-A5 和ACl的光澤度和色度進行檢測，結果如表1所示。陶瓷的性能測試采用洛式硬度計(上海研潤光機科技有限公司硬度計分廠，MC010-HR-150A)和萬能試驗機(天津天有利電爐有限公司，高低溫萬能實驗機，WSM-20KB)對拋光后的氧化鋯陶瓷樣品A1-A5和ACl的硬度和抗彎強度進行檢測；采用線性耐磨儀(美國Taber5750)測試條件為荷重600g、行程1英寸，測試氧化鋯陶瓷樣品A1-A5和ACl的耐摩擦性，結果如表1 所示。表 權利要求
1.一種氧化鋯陶瓷，其包括基體、燒結助劑、氧化釹、添加劑；所述基體為氧化釔穩定的氧化鋯；所述添加劑選自氧化鋅、碳酸鋇和氟化鈣中一種或幾種；在使用Cu-K α射線的X 射線衍射中，在2 θ為34. 8 36. 2°出現衍射峰。
2.根據權利要求1所述的氧化鋯陶瓷，其特征在于所述基體中氧化釔的摩爾分數為3% 5%。
3.根據權利要求1所述的氧化鋯陶瓷，其特征在于所述燒結助劑為氧化鎂、氧化鋁、 氧化硅、氧化鈣和氧化鈰中的兩種或兩種以上。
4.根據權利要求1所述的氧化鋯陶瓷，其特征在于以陶瓷的總重量為基準，所述基體材料的含量為80 95wt %，所述燒結助劑的含量為0. 1 5wt %，所述氧化釹的含量為3 IOwt %，所述添加劑的含量為1 5wt%。
5.根據權利要求4所述的氧化鋯陶瓷，其特征在于以陶瓷的總重量為基準，所述基體材料的含量為87 90wt%，所述燒結助劑的含量為1 4wt%，所述氧化釹的含量為6 IOwt%，所述添加劑的含量為1. 5 3wt%。
6.一種權利要求1所述的氧化鋯陶瓷的制備方法，其包括如下步驟(1)氧化釹預處理將氧化釹顆粒加入到二乙醇胺溶液中浸泡，然后固液分離；(2)模壓燒結將基材、步驟(1)處理后的氧化釹顆粒、燒結助劑、添加劑球磨混合，后模壓成形，再高溫燒結而成。
7.根據權利要求6所述的氧化鋯陶瓷的制備方法，其特征在于所述氧化釹顆粒的平均粒徑為0. 1 20 μ m ；所述添加劑的平均粒徑為1 20 μ m。
8.根據權利要求6所述的氧化鋯陶瓷的制備方法，其特征在于所述二乙醇胺溶液的濃度為1. 5 4mol/L。
9.根據權利要求7所述的氧化鋯陶瓷的制備方法，其特征在于所述浸泡的時間為 1 5h0
10.根據權利要求7所述的氧化鋯陶瓷的制備方法，其特征在于所述高溫燒結的溫度為1400 1650°C，時間為1 10h。
全文摘要
本發明屬于氧化鋯陶瓷技術領域，具體公開了一種氧化鋯陶瓷及其制備方法。該陶瓷包括基體、燒結助劑、氧化釹、添加劑；基體為氧化釔穩定的氧化鋯；添加劑選自氧化鋅、碳酸鋇和氟化鈣中一種或幾種；其XRD在2θ為34.8-36.2°出現衍射峰。該氧化鋯陶瓷呈現穩定靚麗的紫色。該氧化鋯陶瓷的制備方法為將氧化釹顆粒加入到二乙醇胺溶液中浸泡，然后固液分離；將基材、處理后的氧化釹顆粒、燒結助劑、添加劑球磨混合，后模壓成形，再高溫燒結而成。本發明所提供的氧化鋯陶瓷顯示紫色，并且顯色穩定、色澤純正靚麗。其制備方法簡單易行，適用于工業大規模生產。
文檔編號C04B35/48GK102260078SQ20101019022
公開日2011年11月30日 申請日期2010年5月31日 優先權日2010年5月31日
發明者劉新陽, 周勇, 舒劍 申請人:比亞迪股份有限公司