繽紛的世界少不了色彩的點(diǎn)綴，單一的黑、白色氧化鋯陶瓷顯然已經(jīng)不能夠滿足人們的感官需求，因此如何使其變得“多彩”起來，成為了陶瓷界的一個(gè)關(guān)注焦點(diǎn)。可以說，“多彩”讓氧化鋯變得更有價(jià)值。

美麗的彩色氧化鋯飾品

若想制備彩色氧化鋯，關(guān)鍵就在于如何使著色色相（含過渡金屬或者稀土金屬的氧化物或其他化合物，如CoO、Cr₂O₃、Fe₂O₃等）能夠均勻分布在陶瓷基體中。但對(duì)于納米粉體而言，由于其粒徑小、表面積大、表面能高，顆粒間的毛細(xì)作用力、靜電引力、范德華力突出，因此它們之間極易發(fā)生團(tuán)聚，從而降低陶瓷的物理化學(xué)性能。因此，要想制備出性能良好，顏色多樣的氧化鋯陶瓷，必須要找到合適的分散方法，常用的有以下幾種：

固相混合法

采用混合球磨技術(shù)制備彩色氧化鋯粉末是目前最常用的一個(gè)方式，將著色劑、礦化劑等氧化物顆粒按照一定化學(xué)配比，與穩(wěn)定氧化鋯納米粉體進(jìn)行混合、球磨，固體顆粒晶粒在此過程中被細(xì)化，發(fā)生了利于實(shí)現(xiàn)低溫化學(xué)反應(yīng)的微裂紋、晶格扭曲、表面能升高等現(xiàn)象，具有工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、操作方便、易工業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)。

固相混合法工藝流程圖

但固相混合法的最大缺點(diǎn)是無法克服納米顆粒團(tuán)聚，著色相和基體納米顆粒混合不均勻，且球磨時(shí)間長(zhǎng)，球磨介質(zhì)或大氣對(duì)粉體有可能造成嚴(yán)重的污染。另外，固相反應(yīng)速度受粒子擴(kuò)散的影響，由于呈色反應(yīng)物之間的傳質(zhì)距離較大，所以很難使著色劑在氧化鋯基體中的呈色反應(yīng)充分進(jìn)行，從而導(dǎo)致著色的穩(wěn)定性難以控制，存在色差現(xiàn)象。

而且該法高溫保溫時(shí)間長(zhǎng)，能耗高，昂貴的著色劑揮發(fā)浪費(fèi)嚴(yán)重，球磨之后的干燥過程中分散顆粒會(huì)發(fā)生團(tuán)聚、沉降等現(xiàn)象，所以在固相混合法基礎(chǔ)上，通常采用電解質(zhì)分散劑或超聲波分散技術(shù)預(yù)制粉體顆粒的團(tuán)聚、沉降，改善粉體顆粒的分散性。

化學(xué)共沉淀法

化學(xué)共沉淀法是利用鋯鹽、穩(wěn)定劑鹽和著色離子鹽溶液混合后，通過與堿或者碳酸鹽等的反應(yīng)，共同生成氫氧化物或者碳酸鹽沉淀，然后加熱分解而獲得氧化鋯復(fù)合粉體，其工藝流程如下圖所示。

化學(xué)共沉淀法的工藝流程圖

化學(xué)共沉淀法工藝比較復(fù)雜，但獲得的粉末純度高、性能優(yōu)良。但該法的缺點(diǎn)是由于彩色氧化鋯共沉淀離子復(fù)雜，導(dǎo)致后期燒結(jié)過程中反應(yīng)復(fù)雜，氧化鋯穩(wěn)定劑有可能與著色離子發(fā)生不可預(yù)期的反應(yīng)，從而大量消耗。一方面影響最終彩色氧化鋯制品的性能，另一方面也影響著色離子的顯色光學(xué)性能。

同時(shí)，采用化學(xué)沉淀法時(shí)必須要注意一個(gè)問題，就是硬團(tuán)聚的形成，為了避免這個(gè)現(xiàn)象，可通過以下幾種措施進(jìn)行改善：減少雜質(zhì)離子的引入；采用醇、丙酮等這些有機(jī)溶劑洗滌沉淀產(chǎn)物，抑制粉料的團(tuán)聚；在粉料的干燥階段一般采用超零界干燥和冷凍干燥的方法等。

液相浸滲法

液相浸滲法可以很好地實(shí)現(xiàn)高均勻度摻雜、在保持材料原性能的前提下，賦予其表面新的性能。該工藝流程如下圖所示：

液相浸滲法的工藝流程圖

首先把注射成型后的坯體經(jīng)過水萃取脫脂得到具有連通孔隙結(jié)構(gòu)的坯體，然后將其置于含有著色相離子的溶液中進(jìn)行浸滲。著色相離子隨著溶液經(jīng)由孔隙從坯體的表面滲入其內(nèi)部；浸滲的深度由浸滲時(shí)間的長(zhǎng)短來控制，最后制得各種性能優(yōu)異的彩色氧化鋯陶瓷。

液相浸滲法所需要的浸滲基體必須含有內(nèi)部連通表面開口的孔隙結(jié)構(gòu)，這樣才能保證溶液中的著色相離子可以從表面慢慢的滲入到里面，進(jìn)而均勻分布在基體內(nèi)部。與傳統(tǒng)制備工藝相比，液相浸滲法在工藝上更加簡(jiǎn)便，且制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(yōu)勢(shì)。此外，液相浸滲法能充分利用注射成型能制得各種形狀復(fù)雜的氧化鋯坯體，從而制得各種復(fù)雜形狀的彩色氧化鋯陶瓷。

資料來源：

彩色氧化鋯陶瓷的制備工藝進(jìn)展，程磊。

粉體圈 小榆整理