一种黑色氧化锆陶瓷材料组合物及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种黑色氧化锆陶瓷材料组合物，包含以下质量百分含量的成分：氧化铁0.01‑4％、氧化钴0.01‑3.5％、氧化铝0.01‑15％、氧化锌0‑3.5％、氧化钇2‑7％、氧化钛0‑4％、二氧化硅0.01‑1.0％，余量为含有氧化铪的氧化锆。本发明专利技术通过在氧化锆陶瓷粉体里面添加黑色的着色剂，控制所添加的二氧化硅和氧化铝的粒度，提高氧化锆陶瓷的遮盖力和黑度，降低其透光度，提高其成型瓷体的机械强度，保证产品颜色和强度两方面的优异效果。同时，本发明专利技术还公开了采用所述黑色氧化锆陶瓷材料组合物制备而成的黑色氧化锆陶瓷以及所述黑色氧化锆陶瓷的制备方法。

A black zirconia ceramic material composition and its application

The present invention discloses a black zirconia ceramic material composition, comprising the following mass content: iron oxide 0.01, cobalt oxide 0.01, 3.5%, aluminum oxide 0.01, 15%, Zinc Oxide 0 3.5%, yttrium 2 2 7%, titanium dioxide 0 4%, silicon dioxide 0.01 1%, and the remainder containing hafnium oxide. ZR. By adding a black coloring agent in the zirconia ceramic powder, the particle size of the added silica and alumina is controlled, the covering power and blackening of the zirconia ceramics are improved, the luminosity is reduced, the mechanical strength of the ceramic body is improved, and the excellent effect of the two aspects of the product color and strength is ensured. At the same time, the invention also discloses a preparation method of the black zirconia ceramic made from the black zirconia ceramic material composition and the black zirconia ceramic.

【技术实现步骤摘要】
一种黑色氧化锆陶瓷材料组合物及其应用
本专利技术涉及一种陶瓷材料粉体及其应用，尤其是一种黑色氧化锆陶瓷材料组合物及其应用。
技术介绍
二氧化锆由于具有优良的力学、热学、电学性能，在结构材料、光学元件、氧敏元件和燃料电池等方面有着广泛的应用。近年来，随着人们对装饰品需求的高速发展，黑色氧化锆陶瓷以其优异的机械性能、鲜艳的颜色、金属光泽和无过敏作用等特点，成为高档装饰的新宠材料，在高档表链、手链、手机外壳等有着广阔的市场前景。然而普通工艺生产的黑色氧化锆陶瓷存在脆性大、强度低、颜色均一性差、黑度不足、透光性好、颜色遮盖力不足等不良缺点，无法满足高黑度手机板等外观元件的要求。颜色和强度一直是陶瓷外观件亟待解决的两大问题。在颜色方面，现有的技术方案是将氧化锆陶瓷进行真空、还原气氛或惰性气氛中发黑，形成氧空位，从而形成色心的点缺陷，产生对光的吸收效应。比较相近的技术是在氧化锆中掺杂铁、钴、镍等色料氧化物，通过添加色料提高对光的吸收，从而提高氧化锆材料的遮盖力和黑度。在强度方面，现有技术方案一般是直接将氧化锆和其他添加剂直接球磨后配制浆料，对二氧化硅的添加量和粒度也没有做详细的剖析，导致成型瓷体的强度和脆性不合理想。使用真空炉、还原气氛炉或惰性气氛炉，需要将氧化锆在空气中烧结成瓷，再在上述烧结炉中发黑，这样做极大增加了生产工艺的成本，对特殊形状和厚薄不一的产品在发黑过程中容易因为色心不均匀性导致出现色差，造成产品黑度不足等一系列问题。而在氧化锆中掺杂铁、钴、镍等色料氧化物，由于各氧化物对光的吸收波长不一致，容易造成黑色不黑，产品颜色出现偏红、偏蓝、偏绿等情况。并且所加氧化物容易与钇、锆起反应，破坏氧化锆的稳定性，容易造成产品相变开裂。在制备工艺过程对色料添加量和温度要求较为严格，一旦管控不好就容易出现批次间颜色不一等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种高强度、高黑度、高遮光性的氧化锆陶瓷材料组合物。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种黑色氧化锆陶瓷材料组合物，包含以下质量百分含量的成分：氧化铁0.01-4％、氧化钴0.01-3.5％、氧化铝0.01-15％、氧化锌0-3.5％、氧化钇2-7％、氧化钛0-4％、二氧化硅0.01-1.0％，余量为氧化锆。本专利技术黑色氧化锆陶瓷材料组合物中，加入二氧化硅能增加氧化锆中玻璃相，从而借助玻璃的塑性钝化氧化锆的裂纹尖端，最终能明显提高成型瓷体的韧性和抗弯强度。同时，二氧化硅的含量应控制在1.0％以下。因为玻璃相过量，将导致成型瓷体的脆性明显增加。而且，二氧化硅含量过高，可能会在烧结过程中出现聚集，降低成型瓷体的光泽度，并破坏其颜色的均一性。该黑色氧化锆陶瓷材料在保证陶瓷的黑度和遮盖力基础上，提高陶瓷的强度，尤其是三点抗折弯强度可达到1600Mpa以上；此外，该粉体在保证陶瓷黑度和遮盖力基础上，避免采用含铬化合物，尤其不含六价铬，使其成型后瓷品具有环境友好性能。优选地，所述组合物不包含氧化铬和氧化镍。该粉体在保证陶瓷黑度和遮盖力基础上，避免采用含铬化合物，尤其不含六价铬，使其成型后瓷品具有环境友好性能。优选地，所述组合物包含以下质量百分含量的成分：氧化铁0.5-4％、氧化钴0.5-3.5％、氧化铝1-10％、氧化锌0.01-2％、氧化钇3-6％、氧化钛0-4％、二氧化硅0.01-1.0％，余量为含有氧化铪的氧化锆。本申请专利技术人经过大量创造性劳动发现，上述含量的各成分可以保证所述组合物制备得到的陶瓷强度、硬度、L值、成瓷密度均达到较好的统一。优选地，所述黑色氧化锆陶瓷材料组合物为粉体，且粉体D50粒度为0.1-1.5μm，比表面积为5-18m2/g。优选地，所述二氧化硅的粒度小于所述氧化锆的粒度，其中，所述二氧化硅的D97粒度为0.1-1μm。优选地，所述氧化铝的粒度小于所述氧化锆的粒度，其中，所述氧化铝的D97粒度为0.1-1μm。二氧化硅/氧化铝均能在陶瓷粉体中起增韧作用，与氧化锆以大小颗粒的形式混合，提高颗粒间紧密性，减小其气孔率，从而降低成型瓷体烧结过程中收缩率，大大提高成型瓷体的致密度，使成型瓷体具有优越的抗折强度。采用本方案成型的瓷体，其烧结前后的收缩率能够达到15-30％。优选地，所述二氧化硅、氧化铝分别为通过造粒制备所得的二氧化硅粉、氧化铝粉，所述二氧化硅粉、氧化铝粉的制备方法为：在二氧化硅、氧化铝中加入添加剂，经过球磨、搅拌磨、过筛除杂、喷雾造粒，得到松装密度为0.5-1.5g/cm3的二氧化硅粉、氧化铝粉。同时，本专利技术还提供一种黑色氧化锆陶瓷，所述黑色氧化锆陶瓷包含上述的黑色氧化锆陶瓷材料组合物。优选地，所述黑色氧化锆陶瓷为抛光厚度0.1-1.0mm、550nm波长下透光度＜0.3、OD值＞4.0、色度值L≤35的陶瓷片。所述陶瓷片的a值为0.5±1、b值为-0.5±1。此外，本专利技术还提供一种上述黑色氧化锆陶瓷的制备方法，包括以下步骤：(1)将黑色氧化锆陶瓷材料组合物所含的各成分混合，得到黑色氧化锆陶瓷材料组合物；(2)将步骤(1)得到的黑色氧化锆陶瓷材料组合物进行成型，焙烧得到黑色氧化锆陶瓷；所述步骤(2)中的成型为流延成型、干压成型、注射成型、热压成型或凝胶注射成型。优选地，所述步骤(2)中的成型为凝胶注射成型，所述凝胶注射成型包括如下步骤：(2a)将步骤(1)得到的黑色氧化锆陶瓷材料组合物与溶剂、有机助剂混合均匀，配制成浆料，其中，所述溶剂为水，所述有机助剂为丙烯酰胺、丙烯酸酯、甲基丙烯酰胺中的至少一种；(2b)在步骤(2a)得到的浆料中加入引发剂、催化剂后，将浆料注入模具中，其中，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾中的至少一种；(2c)将模具室温放置5-10min，待固化成型后，在40-80℃下干燥2-6h，即得所述黑色氧化锆陶瓷坯体。本方法凝胶注射工艺，采用有机单体交联聚合，形成黑色氧化锆瓷体，组分均匀，密度均匀，缺陷少。此外，工艺简单，易操作，不增加生产工序和工作量，可实现量产。采用本专利技术所述方法制备得到的黑色氧化锆陶瓷，成瓷密度≥5.8g/cm3，三点抗折强度≥1600Mpa，维氏硬度≥1200。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术通过在氧化锆陶瓷粉体里面添加黑色的着色剂，控制所添加的二氧化硅和氧化铝的粒度，提高氧化锆陶瓷的遮盖力和黑度，降低其透光度，提高其成型瓷体的机械强度，保证产品颜色和强度两方面的优异效果。该黑色氧化锆陶瓷材料在保证陶瓷的黑度和遮盖力基础上，提高陶瓷的强度，尤其是三点抗折弯强度可达到1600Mpa以上；此外，该粉体在保证陶瓷黑度和遮盖力基础上，避免采用含铬化合物，尤其不含六价铬，使其成型后瓷品具有环境友好性能。本专利技术所述黑色氧化锆陶瓷材料的制备方法，工艺制备简单，易操作，不增加生产工序和工作量，可实现量产，具有较好的稳定性，能够实现产品的均质化，而且不增加后期成型工艺和不影响氧化锆陶瓷的最终强度和断裂韧性。具体实施方式为更好的说明本专利技术的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1本专利技术黑色氧化锆陶瓷材料组合物的一种实施例，本实施例所述黑色氧化锆陶瓷材料组合物含有如下质量百分含量的组分：氧化铁0.01％、氧化钴0.01％、氧化铝0.01％、氧化锌本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种黑色氧化锆陶瓷材料组合物，其特征在于，包含以下质量百分含量的成分：氧化铁0.01‑4％、氧化钴0.01‑3.5％、氧化铝0.01‑15％、氧化锌0‑3.5％、氧化钇2‑7％、氧化钛0‑4％、二氧化硅0.01‑1.0％，余量为含有氧化铪的氧化锆。

【技术特征摘要】
1.一种黑色氧化锆陶瓷材料组合物，其特征在于，包含以下质量百分含量的成分：氧化铁0.01-4％、氧化钴0.01-3.5％、氧化铝0.01-15％、氧化锌0-3.5％、氧化钇2-7％、氧化钛0-4％、二氧化硅0.01-1.0％，余量为含有氧化铪的氧化锆。2.如权利要求1所述的黑色氧化锆陶瓷材料组合物，其特征在于，所述组合物不包含氧化铬和氧化镍。3.如权利要求1或2所述的黑色氧化锆陶瓷材料组合物，其特征在于，包含以下质量百分含量的成分：氧化铁0.5-4％、氧化钴0.5-3.5％、氧化铝1-10％、氧化锌0.01-2％、氧化钇3-6％、氧化钛0-4％、二氧化硅0.01-1.0％，余量为含有氧化铪的氧化锆。4.如权利要求3所述的黑色氧化锆陶瓷材料组合物，其特征在于，所述黑色氧化锆陶瓷材料组合物为粉体，且粉体D50粒度为0.1-1.5μm，比表面积为5-18m2/g。5.一种如权利要求1-4任意所述的组合物制备得到的黑色氧化锆陶...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱基华，李喜宏，白姣姣，
申请(专利权)人：潮州三环集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44