專利名稱：一種用于制備氧化鋯陶瓷的組合物和陶瓷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制備氧化鋯陶瓷的組合物和由該組合物制得的陶瓷。
背景技術(shù)：
氧化鋯陶瓷具有強(qiáng)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(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)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(duì)裝飾品需求的不斷提高，彩色氧 化鋯陶瓷以其優(yōu)異的機(jī)械性、鮮艷的色彩、金屬光澤及無過敏作用的特點(diǎn)， 成為高檔裝飾材料的新寵，如手機(jī)、表鏈、手鏈等。
氧化鋯陶瓷的制作工藝一般為將含有氧化鋯和燒結(jié)助劑的組合物經(jīng)模
壓成形后，于1500-1750。C下高溫?zé)Y(jié)5小時(shí)左右。
但是，目前采用不同的燒結(jié)方法生產(chǎn)的氧化鋯陶瓷只能得到黑色和白色 兩種顏色。因此，通過加入不同色料燒結(jié)出不同顏色的氧化鋯陶瓷的研究開 發(fā)具有廣闊的市場(chǎng)前景。
眾所周知，彩色陶瓷的制備一般是將色料或著色劑加入到陶瓷胚體或釉 料中，通過高溫?zé)Y(jié)(一般低于1300°C)而獲得。CN 1284482A中公開了 一種鈷藍(lán)陶瓷釉上顏料及其制備方法，該顏料由主顏料和顏料助劑構(gòu)成，其 主要呈色物質(zhì)為一氧化鈷。但是該顏料適用的燒結(jié)溫度范圍是750-850°C， 因此該顏料并不適用于氧化鋯陶瓷。氧化鋯陶瓷的燒結(jié)溫度較高，在這樣的 高溫下，大多數(shù)的色料或著色劑會(huì)發(fā)生分解或揮發(fā)，難以制得呈色鮮艷的彩 色氧化鋯陶瓷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中無法制得彩色氧化鋯陶瓷的缺點(diǎn)，提 供一種能夠制備彩色氧化鋯陶瓷的組合物。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種使用本發(fā)明的組合物制備的氧化鋯 陶瓷。
本發(fā)明提供了一種用于制備氧化鋯陶瓷的組合物，該組合物包括氧化 鋯、燒結(jié)助劑和色料，其中，所述色料含有三氧化二鈷。
本發(fā)明還提供了一種氧化鋯陶瓷，該陶瓷是由本發(fā)明提供的組合物經(jīng)模 壓成形后燒結(jié)而制備得到的。
使用本發(fā)明提供的組合物制備的陶瓷經(jīng)拋光后色彩鮮亮，而且硬度和抗 彎強(qiáng)度高。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供的用于制備氧化鋯陶瓷的組合物包括氧化鋯、燒結(jié)助劑和色 料，其中，所述色料含有三氧化二鈷。
為了抑制三氧化二鈷的分解和/或揮發(fā)，所述色料還可以含有色料添加 劑。所述色料添加劑可以為氧化鋅、碳酸鋇和氟化鈣中的一種或幾種。在所
述色料中，所述色料添加劑與三氧化二鈷的重量比可以為1:0.01-2，優(yōu)選為 1: 0.1-1。
優(yōu)選情況下，為了更好地抑制三氧化二鈷的分解和/或揮發(fā)，所述色料 添加劑可以包括氧化鋅、碳酸鋇和氟化鈣，其中，任意兩種色料添加劑的重 量比可以為1: 0.1-10。
在本發(fā)明提供的組合物中，所述色料的顆粒直徑可以為0.5-20微米，優(yōu) 選為1-10微米。
根據(jù)本發(fā)明提供的組合物，其中，以所述組合物的總重量為基準(zhǔn)，所述氧化鋯的含量可以為85-98重量％，優(yōu)選為90-98重量％;所述燒結(jié)助劑的 含量可以為0.1-5重量％，優(yōu)選為1-3重量％;所述色料的含量可以根據(jù)所需 要的陶瓷制品的顏色來確定，優(yōu)選情況下，所述色料的含量為1-10重量°/。， 更優(yōu)選為1-6重量％。
所述燒結(jié)助劑用來降低氧化鋯的燒結(jié)溫度，本發(fā)明對(duì)燒結(jié)助劑的選擇沒 有特別的限定，可以為任何常規(guī)用作氧化鋯燒結(jié)助劑的材料，例如，可以為 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。
以所述燒結(jié)助劑的總重量為基準(zhǔn)，所述氧化鎂的含量可以為0-50重量 %，優(yōu)選為5-50重量％;氧化鋁的含量可以為0-50重量％，優(yōu)選為5-50重 量％;氧化硅的含量可以為0-50重量％，優(yōu)選為5-50重量°/。；氧化鈣的含量 可以為0-50重量％，優(yōu)選為5-50重量％;氧化鈰的含量可以為0-50重量％， 優(yōu)選為5-50重量％。
本發(fā)明還提供的陶瓷是由本發(fā)明提供的組合物經(jīng)模壓成形后燒結(jié)而制 備得到的。
其中，所述燒結(jié)的條件包括燒結(jié)的溫度可以為1400-1650°C，燒結(jié)的 時(shí)間可以為1-10小時(shí)，優(yōu)選為1-8小時(shí)。
所述組合物的燒結(jié)過程，可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的各種燒結(jié)方 法。其中，可以先配好色料組分、燒結(jié)助劑組分，再將色料組分、燒結(jié)助劑 組分與氧化鋯一起燒結(jié)制得本發(fā)明提供的陶瓷；也可直接將氧化鋯、三氧化 二鈷和燒結(jié)助劑以及色料添加劑一起混合均勻，然后進(jìn)行燒結(jié)制得本發(fā)明提 供的陶瓷。
由于本發(fā)明僅涉及對(duì)制備陶瓷的原料的改進(jìn)，關(guān)于陶瓷的制備過程，可 以使用任何常規(guī)的方法，所述模壓成形過程和燒結(jié)過程為本領(lǐng)域技術(shù)人員所 公知，此處不再贅述。
下面，將通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。實(shí)施例1
本實(shí)施例用于說明本發(fā)明提供的用于制備氧化鋯陶瓷的組合物和陶瓷。 組合物的組成(總重量為100克) 氧化鋯95克
燒結(jié)助劑2.7克(其中含有氧化鎂0.5克，氧化硅0.7克，氧化鋁1.5
克)
色料2.3克(其中含有三氧化二鈷1.2克，氧化鋅0.3克，碳酸鋇0.6 克，氟化鈣0.2克)
組合物的平均顆粒直徑為IO微米。
向上述組成的組合物中加入200毫升無水乙醇，然后用球磨機(jī)(咸陽金 宏通用機(jī)械有限公司，KQM-X4)混合6小時(shí)。取出后置于IO(TC的烘箱中 烘干6小時(shí)。用瓷研缽(深圳三利實(shí)驗(yàn)儀器有限公司，直徑120毫米)將得 到的粉料碾碎后過200目篩。用四柱下壓式油壓機(jī)(東莞宇輝液壓機(jī)械有限 公司，YHA3)將過篩后的粉末以25kN/cm2的壓強(qiáng)壓制1分鐘壓制成2X2 X0.5厘米的坯體。將壓制后的坯體在箱式電爐(山東永法試驗(yàn)電爐廠 KSS-17XB， 1700°C)中以140(TC燒結(jié)5小時(shí)，即可制得本發(fā)明的氧化鋯陶 瓷，記作A1。
實(shí)施例2
本實(shí)施例用于說明本發(fā)明提供的用于制備氧化鋯陶瓷的組合物和陶瓷。 按照與實(shí)施例1同樣的方式制備氧化鋯陶瓷，不同的是，組合物的組成 為(總重量為100克)
氧化鋯93克；三氧化二鈷1.37克；氧化鎂0.43克；氧化鋁2.04 克；氧化硅0.94克；氧化鈣0.4克；氧化鋅0.55克；碳酸鋇0.83克；
氟化鈣0.44克。組合物的平均顆粒直徑為2微米。且燒結(jié)的溫度為1550°C，燒結(jié)的時(shí)間為2小時(shí)。 制得的氧化鋯陶瓷記作A2。
實(shí)施例3
本實(shí)施例用于說明本發(fā)明提供的用于制備氧化鋯陶瓷的組合物和陶瓷。 按照與實(shí)施例1同樣的方式制備氧化鋯陶瓷，不同的是，組合物的組成 為(總重量為100克) 氧化鋯93克
燒結(jié)助劑3克(其中含有氧化鋁0.9克，氧化硅0.6克，氧化鈣0.3克， 氧化鈰1.2克)
色料4克(其中含有三氧化二鈷2克，碳酸鋇1.2克，氟化鈣0.8克) 組合物的平均顆粒直徑為5微米。 且燒結(jié)的溫度為1600°C，燒結(jié)的時(shí)間為2小時(shí)。 制得的氧化鋯陶瓷記作A3。
實(shí)施例4
本實(shí)施例用于說明本發(fā)明提供的用于制備氧化鋯陶瓷的組合物和陶瓷。 按照與實(shí)施例1同樣的方式制備氧化鋯陶瓷，不同的是，組合物的組成 為(總重量為100克) 氧化鋯98克
燒結(jié)助劑l克(其中含有氧化鎂0.2克，氧化鋁0.3克，氧化硅0.2克， 氧化鈣O.l克，氧化鈰0.2克) 色料l克三氧化二鈷。 組合物的平均顆粒直徑為8微米。 且燒結(jié)的溫度為1500°C，燒結(jié)的時(shí)間為3小時(shí)。制得的氧化鋯陶瓷記作A4。 對(duì)比例1
本對(duì)比例用于說明現(xiàn)有技術(shù)的用于制備氧化鋯陶瓷的組合物和陶瓷。 按照與實(shí)施例4同樣的方式制備氧化鋯陶瓷，不同的是，組合物中的色 料用 一氧化鈷取代三氧化二鈷。
制得的氧化鋯陶瓷記作C1。 對(duì)比例2
本對(duì)比例用于說明現(xiàn)有技術(shù)的用于制備氧化鋯陶瓷的組合物和陶瓷。 按照與實(shí)施例1同樣的方式制備氧化鋯陶瓷，不同的是，組合物的組成
為(總重量為100克) 氧化鋯94克
燒結(jié)助劑2.7克(其中含有氧化鎂0.5克，氧化硅0.7克，氧化鋁1.5
克)
色料3.3克(其中含有一氧化鈷2.2克，氧化鋅0.3克，碳酸鋇0.6克， 氟化鈣0.2克)。
組合物的平均顆粒直徑為8微米。 制得的氧化鋯陶瓷記作C2。
性能測(cè)試
將上述實(shí)施例與對(duì)比例制得的氧化鋯陶瓷樣品Al-A4和Cl-C2放入拋 光機(jī)(湖南科信電子系統(tǒng)裝備有限公司，PW-1000CE-JY精密單面拋光機(jī)) 中，先導(dǎo)入中位徑5微米綠碳化硅(南通市金東方金剛砂廠，W5)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，W1.5)粉末細(xì)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(cè)樣品。 陶瓷的顏色測(cè)試
采用分光光度計(jì)0030007 (上海精密儀器儀表有限公司，型號(hào)723A) 和光澤度儀0070002 (北京泰亞賽?？萍及l(fā)展有限責(zé)任公司，MN型)對(duì)拋 光后的氧化鋯陶瓷樣品Al-A4和Cl-C2的光澤度和色度進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如
表1所示o
陶瓷的性能測(cè)試
采用洛式硬度計(jì)(上海研潤(rùn)光機(jī)科技有限公司硬度計(jì)分廠，
MC010-HR-150A)和萬能試驗(yàn)機(jī)(天津天有利電爐有限公司，高低溫萬能 實(shí)驗(yàn)機(jī)，WSM—20KB)對(duì)拋光后的氧化鋯陶瓷樣品Al-A4和Cl-C2的硬度 和抗彎強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表l所示。
表1
AlA2A3A4ClC2
燒結(jié)溫度〃c140015501600150014001400
光澤度/GU156178158162120112
L = 60L = 57L=56L = 47L=43L = 58
色度a=7a=10a=8a=13a=20a=6
b二40b=-39b=-41b=-33b=-30b=-41
硬度(HRA)869189888681
抗彎強(qiáng)度/MPa732862814774607542
由表1可以看出，采用本發(fā)明中的方法制得的陶瓷樣品Al-A4均比對(duì) 比例樣品C1和C2的光澤度更高。在色度的測(cè)試結(jié)果中，L值代表亮度，a 值代表紅綠值，b值代表黃藍(lán)值，通過數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，Al-A4均比Cl 和C2更亮且更偏向于藍(lán)色。
Al與Cl的燒結(jié)溫度相同，但Al的綜合力學(xué)性能明顯優(yōu)于Cl;采用本發(fā)明的方法制得的陶瓷樣品經(jīng)拋光后，綜合力學(xué)性能均優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施 方案。
Al和C2的燒結(jié)溫度相同，而且色度相近，對(duì)比兩組數(shù)據(jù)可以看出，按
照現(xiàn)有技術(shù)使用一氧化鈷色料，若達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)色度值，陶瓷樣品的光澤度和性 能將會(huì)受到很大的影響。
綜上所述，實(shí)施例1-4中制備的氧化鋯陶瓷樣品的顏色和性能均優(yōu)于對(duì)
比例制備的陶瓷樣品；且使用優(yōu)選方式的實(shí)施例l-3制得的產(chǎn)品的性能比實(shí)
施例4的產(chǎn)品的性能更好。
權(quán)利要求
1、一種用于制備氧化鋯陶瓷的組合物，該組合物包括氧化鋯、燒結(jié)助劑和色料，其特征在于，所述色料含有三氧化二鈷。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中，以組合物的總重量為基準(zhǔn)， 所述氧化鋯的含量為85-98重量％，所述燒結(jié)助劑的含量為0.1-5重量％，所 述色料的含量為1-10重量％。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的組合物，其中，所述色料還含有色料添 加劑，該色料添加劑選自氧化鋅、碳酸鋇和氟化鈣中的一種或幾種，色料添 加劑與三氧化二鈷的重量比為1: 0.01-2。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的組合物，其中，所述色料添加劑包括氧化鋅、 碳酸鋇和氟化鈣，任意兩種色料添加劑的重量比為1:0.1-10。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的組合物，其中，所述色料的平均顆粒直 徑為0.5-20微米。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的組合物，其中，所述燒結(jié)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。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的組合物，其中，以所述燒結(jié)助劑的總重量為 基準(zhǔn)，所述氧化鎂的含量為0-50重量％，氧化鋁的含量為0-50重量％，氧 化硅的含量為0-50重量％，氧化鈣的含量為0-50重量％，氧化鈰的含量為 0-50重量％。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的組合物，其中，以所述燒結(jié)助劑的總重量為基準(zhǔn)，所述氧化鎂的含量為5-50重量％，氧化鋁的含量為5-50重量％，氧 化硅的含量為5-50重量％，氧化鈣的含量為5-50重量％，氧化鈰的含量為 5-50重量％。
9、 一種陶瓷，該陶瓷是由權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的組合物經(jīng)模 壓成形后燒結(jié)而制備得到的。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的陶瓷，其中，所述燒結(jié)的條件包括燒結(jié)的 溫度為1400-1650°C，燒結(jié)的時(shí)間為1-10小時(shí)。
全文摘要
一種用于制備氧化鋯陶瓷的組合物，該組合物包括氧化鋯、燒結(jié)助劑和色料，其中，所述色料含有三氧化二鈷。本發(fā)明還提供了一種陶瓷，該陶瓷是由本發(fā)明提供的組合物經(jīng)模壓成形后燒結(jié)而制備得到的。使用本發(fā)明提供的組合物制備的陶瓷經(jīng)拋光后色彩鮮亮，硬度和抗彎強(qiáng)度高。
文檔編號(hào)C04B35/48GK101624285SQ20081013309
公開日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2008年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月8日
發(fā)明者向其軍, 胡利娟, 劍 舒 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司