彩色氧化鋯陶瓷製備方法

氧化鋯陶瓷具有高強度、高韌性以及耐磨損、耐腐蝕等優良性能，廣泛應用於模具、刀具、陶瓷軸承、電子元件、生物醫學材料等領域。目前，隨著氧化鋯陶瓷廣泛應用於電子產品領域，尤其是作為手機背板，其單一的顏色已經制約了其應用，不能滿足人們對於結構器件外觀上的要求，所以開拓豐富多彩的顏色能極大地拓寬氧化鋯陶瓷材料的應用領域，具有廣闊的發展前景。

隨著技術的不斷發展，彩色氧化鋯陶瓷的合成方法越來越多元化。其製備技術的關鍵在於著色相（如CoO、Cr2O3、Fe2O3等）能夠均勻分佈在陶瓷基體中。研究合成的彩色氧化鋯陶瓷必須達到晶體結構穩定，色彩艷麗均勻，高溫及化學穩定性好，且不破壞其固有的性能。

對於彩色氧化鋯陶瓷來說，由於構成基體與著色相的顆粒粒徑小、表面積大、表面能高，顆粒間的毛細作用力、靜電引力、范德華力突出，在此環境下，奈米粉顆粒極易團聚成一個尺寸較大的顆粒體，導致奈米複相陶瓷其相對較好的物理化學性能大幅降低。因此，要製備出性能良好，顏色多樣的氧化鋯陶瓷，必須克服團聚現象，使著色相在陶瓷基體材料中均勻分散。

彩色氧化鋯陶瓷的製備方法主要有：固相混合法、化學共沉澱法、液相浸滲法、高溫滲碳法等。

1、固相混合法

固相混合法是採用混合球磨技術製備彩色氧化鋯粉體。它將著色劑、礦化劑等氧化物顆粒按照一定化學配比，與穩定氧化鋯奈米粉體進行混合、球磨，固體顆粒晶粒在此過程中被細化，發生了利於實現低溫化學反應的微裂紋、晶格扭曲、表面能升高等現象。

目前，固相混合法是製備彩色氧化鋯陶瓷的主要方法。其優點是：製程簡單、成本低廉、操作方便、易工業化。缺點是：無法克服奈米顆粒團聚，著色相和基體奈米顆粒混合不均勻，且球磨時間長，球磨介質或大氣對粉體有可能造成嚴重的污染。

2、化學共沉澱法

化學共沉澱法是利用鋯鹽、穩定劑鹽和著色離子鹽溶液混合後，透過與鹼或碳酸鹽等的反應，共同生成氫氧化物或碳酸鹽沉澱，然後加熱分解而獲得氧化鋯複合粉體。共沉澱法中，溶液中的金屬陽離子由於過剩的沉澱劑使之同時沉澱下來成為混合物，而在特殊的情況下，要求沉澱的複合氧化物或其前驅體必須符合一定的化學計量比，陽離子以一定的比例產生沉澱。

化學共沉澱法優點是：獲得的氧化鋯粉體純度高、性能優良。其缺點是：由於彩色氧化鋯共沉澱離子複雜，導致後期燒結過程中反應複雜，氧化鋯穩定劑有可能與著色離子發生不可預期的反應，從而大量消耗。這一方面影響最終彩色氧化鋯製品的性能，另一方面也影響著色離子的顯色光學性能。

3、液相浸滲法

液相浸滲法是先將注射成型後的氧化鋯陶瓷坯體經過水萃取脫脂得到具有連通孔隙結構的坯體，然後將其置於含有著色相離子的溶液中進行浸滲。著色相離子隨著溶液經由孔隙從坯體的表面滲入其內部；浸滲的深度由浸滲時間的長短來控制，最後製得各種性能優異的彩色氧化鋯陶瓷。此外，直接使用經過水萃取脫脂得到的坯體來進行浸滲，是因為此坯體經過水萃取脫脂後內部會形成均勻連通的空隙結構，方便著色相離子均勻分佈在坯體中。只要能浸滲完全就能製備出顏色均勻的彩色氧化鋯陶瓷。

液相浸滲法優點是：在工藝上更簡便，且製備出的彩色氧化鋯陶瓷在顏色均一性和物理性能上都具有明顯的優勢。此外，液相浸滲法能充分利用注射成型能製得各種形狀複雜的氧化鋯坯體，從而製得各種複雜形狀的彩色氧化鋯陶瓷。

4、高溫碳化/氮法

高溫滲碳法主要用於製備黑色氧化鋯陶瓷，其工藝過程是將氧化鋯陶瓷加工成坯後，進行正常的脫脂、脫蠟，在低溫不保護氣氛素燒處理，然後再將處理後的氧化鋯生坯在真空保護條件下進行高溫燒結。在燒結時擺放工件採用石墨坩堝，並且在工件表面放置石墨紙。利用石墨在高溫下對氧化鋯表面的滲入來實現對氧化鋯陶瓷的黑色著色。

此外，研究者採用高溫等離子體滲氮的方法製備出金色氧化鋯陶瓷材料。

1、手機背板

氧化鋯陶瓷應用於手機背板具有無幹擾，無磁性，接收訊號強，同時色彩多樣，永不褪色，此外，還可用於指紋辨識模組用陶瓷蓋板。

2、智慧型穿戴外觀零件

氧化鋯陶瓷材料具有防刮耐刮無屏蔽，手感溫潤有質感，具有良好的耐腐蝕性及生物相容性，應用於智慧穿戴外觀件。

3、陶瓷刀具

氧化鋯陶瓷刀具具有超高強度、耐磨損、刃口鋒利、不生鏽、無異味、經久耐用等優良特性。