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凭借着众多优异性能(neng)，氧(yang)化(hua)锆(gao)陶瓷(ci)(ci)材料被广泛应用(yong)于各个(ge)领域，除了工(gong)业用(yong)途外，甚至(zhi)还可以作为陶瓷(ci)(ci)装饰材料妆点我们的生(sheng)活。比如(ru)说前几年推(tui)出的彩色氧(yang)化(hua)锆(gao)手机背板以及一直都蛮火(huo)的陶瓷(ci)(ci)手表(biao)、智能(neng)手环等等。

既然要(yao)作为(wei)装饰品(pin)，那“是否美观”就很关键了。随着人们生活水平的提高，审美要求也日渐提升。氧化锆陶瓷的手感可以做到温润如玉，但略显单一的颜色选择是它的短板，为了增加氧化锆陶瓷作为装饰品的应用领域，研究者就需要开发出更多颜色的氧化锆制品，才能让它在该市场上真正立足。

彩色氧化锆的(de)制作(zuo)难点

我(wo)们都知道氧化(hua)锆陶(tao)瓷(ci)本(ben)身(shen)就(jiu)具有熔点和沸(fei)点高、硬度(du)大(da)、优(you)良的耐(nai)磨性、亲肤等(deng)优点，这(zhei)些都是(shi)让它(ta)在(zai)金、银(yin)、木(mu)、塑(su)料等(deng)材料中脱(tuo)颖而出的(de)重要原因，氧(yang)化锆陶瓷(ci)的可加(jia)工性强，非常适于批量生产。

但是(shi)彩(cai)色氧化(hua)锆(gao)的(de)制(zhi)备就不是(shi)那么简单了。一般彩色陶瓷(ci)的制(zhi)备方法是向陶瓷(ci)中掺(chan)杂过渡(du)金属或者稀土金属氧化物，如CoO、Cr₂O₃、NiO等，再经(jing)高温烧(shao)结(jie)而成，它(ta)们的(de)烧结温度一般低于(yu)1300℃。但氧化(hua)锆作为特种陶瓷，烧结致密化温度(du)高于1300℃，一(yi)般为1350℃~1550℃。而绝大多数普(pu)通(tong)色(se)剂不(bu)耐高温(wen)，易发生部分或完全挥发而不(bu)能(neng)稳定着色(se)氧化锆陶(tao)瓷，从而导致着色(se)氧化锆着色(se)不(bu)均，影响最终产品(pin)的色(se)泽。因此，单纯向ZrO₂中掺杂着(zhe)色剂是(shi)很(hen)难合成颜色鲜亮、色度均匀(yun)的彩色ZrO₂陶瓷，必须要添(tian)加更(geng)耐高温的着色剂或烧结(jie)助(zhu)剂，才能抑(yi)制着色剂(ji)的分(fen)解、挥发。

难点一：色相的(de)均(jun)匀分散

目前彩色(se)ZrO₂的(de)制备，本质上(shang)就(jiu)是(shi)使着色剂均匀分(fen)布在(zai)ZrO₂基体中。对(dui)于复合(he)(he)陶瓷尤(you)其(qi)(qi)是纳米(mi)复合(he)(he)陶瓷，由于色剂颗(ke)粒(li)和(he)氧化锆基体粒(li)径小、比(bi)表面积(ji)大、颗(ke)粒(li)间(jian)存在较(jiao)大的(de)静电引力和(he)范德华(hua)力，致使(shi)色剂颗(ke)粒(li)与氧化锆基体颗(ke)粒(li)容易发生团聚，此(ci)现象不仅会(hui)导致纳米(mi)复合(he)(he)陶瓷色度不均，还会(hui)影响其(qi)(qi)力学性能(neng)。

因此，如何使(shi)色剂颗(ke)粒均匀分(fen)散在(zai)氧化锆基(ji)体(ti)中，制(zhi)备出力学性(xing)能和色度兼优(you)的(de)彩色氧化锆陶(tao)瓷，其关(guan)键(jian)在(zai)于能否克服粉体(ti)颗(ke)粒间的(de)团聚。

目前常用的分散(san)方法有：

①固(gu)相混合法：该法(fa)是(shi)将(jiang)着色剂、矿化(hua)(hua)剂等氧化(hua)(hua)物颗粒按(an)照一定(ding)化(hua)(hua)学配比，与稳定(ding)氧化(hua)(hua)锆纳(na)米粉体(ti)进行(xing)混(hun)合(he)、球(qiu)磨(mo)，固(gu)体(ti)颗粒晶粒在此过(guo)程中(zhong)被(bei)细化(hua)(hua)，具有工艺(yi)简(jian)单(dan)、成(cheng)本低廉、操(cao)作方便、易工业化(hua)(hua)等优点，但该法无法克服(fu)纳米(mi)颗粒团聚的问题。

②化学共沉淀法：该法是利(li)用锆(gao)盐(yan)(yan)、稳定剂盐(yan)(yan)和着色离子盐(yan)(yan)溶液混合(he)后，通过(guo)与碱或(huo)(huo)者(zhe)碳酸盐(yan)(yan)等的(de)反(fan)应，共同生(sheng)成氢氧(yang)化物或(huo)(huo)者(zhe)碳酸盐(yan)(yan)沉淀，然后加热分解(jie)而获得氧(yang)化锆(gao)复合(he)粉体。具(ju)有粉末纯度高、性能优良等有点，但该法的缺点是彩色氧化锆共(gong)沉淀离子(zi)复杂，会(hui)导致(zhi)后期烧结过程(cheng)中(zhong)反应复杂(za)。

③液(ye)相浸渗(shen)法：该法是把(ba)注射成型后(hou)的(de)(de)(de)(de)坯体经(jing)过水萃取脱(tuo)脂得到具有连(lian)通孔隙结(jie)构的(de)(de)(de)(de)坯体，然后(hou)将其置于(yu)含(han)有着(zhe)色相离(li)子的(de)(de)(de)(de)溶液(ye)中进行浸渗。着(zhe)色相离(li)子随着(zhe)溶液(ye)经(jing)由孔隙从坯体的(de)(de)(de)(de)表(biao)面渗入其内部；浸渗的(de)(de)(de)(de)深度由浸渗时间的(de)(de)(de)(de)长(zhang)短来控制，最后(hou)制得各种(zhong)性能优异(yi)的(de)(de)(de)(de)彩色氧化锆陶瓷。

难点二(er)：色剂的选择

陶瓷色(se)剂的(de)颜(yan)色(se)主要由着色(se)离子的(de)存在状态所(suo)决定，即(ji)色(se)剂本身的(de)原子或分(fen)子结构，色(se)剂的(de)制备(bei)方法和合成条件同样可以影响其呈色(se)。不(bu)同着色剂的选择会(hui)影响合成的彩色氧化锆陶瓷的色泽和力学(xue)性能，因此选对色剂很关键，以下是目(mu)前可用(yong)的一些(xie)色剂类型。

①离子着(zhe)色型：

色料是以离子态分布(bu)在色料晶(jing)体之中(zhong)称为(wei)离子型着(zhe)色，离子型着(zhe)色可分为(wei)两(liang)种，一种是着(zhe)色剂自身也是色料晶(jing)体的组成(cheng)成(cheng)分，此(ci)时(shi)着色离(li)子位于晶格(ge)中的(de)正常结点位置。例如(ru)尖晶石色剂(ji)，它具有耐高温、结构稳(wen)定等特(te)点，可以在(zai)高温下稳(wen)定着色氧化锆(gao)，其组成通式(shi)为RO·R₂O₃，其结(jie)构通(tong)式(shi)为 AB₂O₄，CoAl₂O₄就(jiu)是典型的尖晶石型氧化锆色剂。

对(dui)合成尖晶石色料而言 RO包括 MgO、ZnO、CoO、FeO、MnO等，R₂O₃包(bao)括 Cr₂O₃、Fe₂O₃、Al₂O3、Mn₂O₃等。当 RO和 R₂O₃在一定条件(jian)下(xia)合成 RO·R₂O₃尖晶石后，相比于RO和R2O3金属氧化物，RO·R₂O₃尖(jian)晶(jing)石的(de)化学(xue)稳定性具有大幅提升。由(you)于(yu)大多(duo)数(shu)过渡金属氧化物彼(bi)此之间都可(ke)以(yi)形成对应的(de)尖(jian)晶(jing)石，且各种尖(jian)晶(jing)石之间又能够相互(hu)固(gu)溶形成置换(huan)固(gu)溶体，为(wei)晶(jing)格(ge)中离(li)子的(de)类质(zhi)同晶(jing)置换(huan)提供(gong)了条件(jian)，因而可(ke)以(yi)制备出(chu)较宽范(fan)围(wei)的(de)光(guang)谱色料。

②包裹(guo)型色剂(ji)：

包(bao)裹(guo)型色剂(ji)是由耐高(gao)温材料包(bao)裹(guo)不耐高(gao)温的色剂(ji)而形成(cheng)的。高(gao)温大(da)红镉硒红正是采(cai)用此方(fang)法而成(cheng)功合成(cheng)。目前发现的陶(tao)瓷大(da)红色剂(ji)非(fei)常有(you)限，而镉硒红可以(yi)在800℃以下着色陶瓷而呈现鲜红的颜色，但是当温度升高至800℃以上，镉硒红就会由红转黑。为了使镉硒红能够在高温下形成稳定的高温色剂，研究发现将镉硒红包裹在耐高温的锆英石晶体之中，从而成功合成出耐高温的大红色料。另外，有研究发现将Fe₂O₃包裹在(zai)SiO₂中(zhong)也可(ke)以(yi)制备出颜(yan)色(se)(se)纯(chun)正的(de)高(gao)温(wen)红色(se)(se)色(se)(se)料。制备包裹型色(se)(se)料的(de)关键在于高(gao)温(wen)度下(xia)不仅(jin)能形(xing)成耐高(gao)温(wen)的(de)晶体(ti)，还可(ke)以(yi)确保不会损坏被包裹色(se)(se)料的(de)结构(gou)。

以下(xia)是(shi)不同(tong)颜(yan)色(se)可采(cai)用的(de)一些色(se)剂：

目前蓝色色剂有矾钴蓝、钴蓝等。前(qian)者的呈(cheng)色机理(li)是(shi) V⁴⁺进入(ru) Zr-SiO₄晶(jing)格(ge)中，形成蓝色(se)V-ZrSiO₄固溶(rong)体使陶瓷(ci)呈蓝色(se)或天蓝色(se)。由于不同化合价钒离子呈不同颜色(se)，V³⁺呈绿色，V⁴⁺呈蓝色，V⁵⁺呈黄色，所以(yi)要制得高(gao)纯度的钒(fan)锆(gao)蓝，必(bi)须控(kong)制钒(fan)离(li)子为4价；后者的发色元素为Co，其主要由 CoO或Co₂O₃与 Al₂O₃在高温下(xia)合成铝酸钴（CoAlO₄），为尖晶石结构。但(dan)由(you)于氧化钴昂贵(gui)，所(suo)以生产(chan)成本(ben)较高，以外它的耐受温度仅(jin)为~1200℃。

黑色色剂一(yi)般是由几种(zhong)过(guo)渡金(jin)属氧化(hua)物或(huo)金(jin)属盐(yan)溶液配(pei)置而成，如①Mn(NO₃)₂:6H₂O和 Al(NO₃)₃·9H₂O；②FeCl₃、Co(NO₃)26H₂O、Cr(NO3)3·9H₂O和Al(NO₃)₃·9H₂O。③Co₃O₄、Cr₂O₃和TiO₂等色剂粉末；④石墨等。

粉色(se)(se)和红色(se)(se)色(se)(se)剂可使用Er(NO₃)₃·6H2O和(he)Fe(NO₃)₃·9H₂O等；Cr是(shi)一种常见的绿色着(zhe)色元素(su)；偏钒(fan)酸(suan)铵既可作(zuo)蓝色色剂，也可作(zuo)黄色色剂（5价钒占主导时）。另外阿苏拉布公司还利用高温等离子体渗氮的方法成功合成出金(jin)色(se)氧化锆陶瓷。

资料来源：

美学(xue)氧(yang)化锆陶瓷的制备(bei)与性能(neng)研究，李洪超。

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