一种彩色涂层浆料、彩色氧化锆陶瓷及其制备方法

摘要

本发明公开了一种彩色涂层浆料、彩色氧化锆陶瓷及其制备方法，涉及陶瓷材料技术领域。本发明所述彩色涂层浆料包含如下重量份的成分：着色剂5～25份、氧化镓0.1～3份、粘结剂10～40份、固化剂0.5～2份和有机溶剂50～80份。以本发明所述彩色涂层浆料制备的彩色氧化锆陶瓷具有颜色均一的外观，着色剂的渗透性较好，颜色的饱和度高。

权利要求

1.一种彩色氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）制备氧化锆陶瓷基体；

（2）将彩色涂层浆料喷涂、刷涂或印刷至氧化锆陶瓷基体表面；

（3）排胶，除去彩色涂层浆料中的有机物质；

（4）烧结，得到所述彩色氧化锆陶瓷；

所述彩色涂层浆料包含如下重量份的成分：着色剂5 25份、氧化镓0.1 3份、粘结剂10~ ~ ~

40份、固化剂0.5 2份和有机溶剂50 80份。

~ ~

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述彩色涂层浆料包含如下重量份的成分：着色剂10 20份、氧化镓0.25 1.5份、粘结剂10 20份、固化剂0.5 1份和有机溶剂60 80~ ~ ~ ~ ~份。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述着色剂为过渡族金属氧化物、稀土族金属氧化物中的至少一种。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂包含环氧树脂、甲基硅树脂、酚醛树脂中的至少一种；所述固化剂包含环氧树脂固化剂、丙烯酸酯类固化剂、聚氨酯固化剂中的至少一种；所述有机溶剂包含乙醇、乙二醇、异丙醇、乙酸乙酯中的至少一种。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，氧化锆陶瓷基体为氧化钇稳定氧化锆，所述氧化钇稳定氧化锆中，氧化钇的摩尔百分含量为2 4mol%；所述氧化锆~陶瓷基体的制备方法为：按比例称取氧化锆、氧化钇，加入粘结剂，干压、流延或注射成型，排胶，在1350 1450℃烧结，加工至抛光态，得到氧化锆陶瓷基体。

~

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，排胶条件为：以1 3℃/~min的升温速率升温至400 600℃，保温1 3h。

~ ~

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中，烧结温度为1100 1400~℃。

8.一种彩色氧化锆陶瓷，其特征在于，由如权利要求1 7任一项所述方法制备而成。

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说明书

一种彩色涂层浆料、彩色氧化锆陶瓷及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种彩色涂层浆料、彩色氧化锆陶瓷及其制备方法。

背景技术

[0002] 氧化锆陶瓷是一种新型陶瓷材料，具备耐磨、耐腐蚀、高强度、高韧性、热稳定性好等诸多优良特性。氧化锆粉自身为白色粉末，其所制备的陶瓷自然为白色，彩色的氧化锆陶瓷通常是通过在原料中加入氧化镨、氧化铒、氧化钴等稀土着色剂来实现的。但此种方法只能实现氧化锆陶瓷本体的着色，难以在陶瓷表面进行图案花纹等表面效果的呈现。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种彩色涂层浆料、彩色氧化锆陶瓷及其制备方法。所述彩色涂层浆料可以对氧化锆陶瓷基体进行良好的着色，制备出的彩色氧化锆陶瓷颜色均匀、色彩饱和度高，并且具有较高的强度。

[0004] 为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

[0005] 一种彩色涂层浆料，包含如下重量份的成分：着色剂5～25份、氧化镓(Ga2O3)0.1～3份、粘结剂10～40份、固化剂0.5～2份和有机溶剂50～80份。

[0006] 本发明通过在彩色涂层浆料中加入一定量的氧化镓，在烧结过程，氧化镓可以优先渗入氧化锆陶瓷基体中，活化晶界，从而促进着色离子通过晶界向氧化锆陶瓷基体内部进一步扩散，最终获得颜色均一，具有一定渗透深度的着色层。而当不添加氧化镓或者添加量过少时，着色离子的扩散驱动力小，所需的渗透着色时间长，颜色不均匀，且渗透深度有限。当氧化镓含量过高时，会导致氧化锆晶粒二次烧结异常长大，基体强度降低。着色剂的用量若过低，着色较浅，效果不明显；若着色剂的用量过高，着色氧化物容易在表面堆积，无法完全渗入氧化锆中，呈色效果差。粘结剂、固化剂及有机溶剂的用量只有控制在上述范围内才更容易成型，也易于在排胶过程中被除去，不影响陶瓷的性能。

[0007] 优选地，所述彩色涂层浆料包含如下重量份的成分：着色剂10～20份、氧化镓0.25～1.5份、粘结剂10～20份、固化剂0.5～1份和有机溶剂60～80份。

[0008] 通过对彩色涂层浆料中各组分的用量作进一步优选，可以保证以所述彩色涂层浆料制备的陶瓷兼具艳丽的外观以及较高的强度。

[0009] 优选地，所述着色剂为过渡族金属氧化物、稀土族金属氧化物中的至少一种，如氧化铁、氧化钴(Co3O4)、氧化镍、氧化铜(CuO)、氧化铬、氧化锰(MnO)、氧化钒(V2O5)、氧化镨等。所述粘结剂包含环氧树脂、甲基硅树脂、酚醛树脂中的至少一种；所述固化剂包含环氧树脂固化剂、丙烯酸酯类固化剂、聚氨酯固化剂中的至少一种；所述有机溶剂包含乙醇、乙二醇、异丙醇、乙酸乙酯中的至少一种。粘结剂、环氧树脂和有机溶剂均为本领域常用材料。

[0010] 同时，本发明还公开了一种彩色氧化锆陶瓷的制备方法，该方法包括如下步骤：

[0011] (1)制备氧化锆陶瓷基体；

[0012] (2)将上述彩色涂层浆料喷涂、刷涂或印刷至氧化锆陶瓷基体表面；

[0013] (3)排胶，除去彩色涂层浆料中的有机物质；

[0014] (4)烧结，得到所述彩色氧化锆陶瓷。

[0015] 优选地，所述步骤(1)中，氧化锆陶瓷基体为氧化钇稳定氧化锆，所述氧化钇稳定氧化锆中，氧化钇的摩尔百分含量为2～4mol％；所述氧化锆陶瓷基体的制备方法为：按比例称取氧化锆、氧化钇，加入粘结剂，干压、流延或注射成型，排胶，在1350～1450℃烧结，随后抛光，得到氧化锆陶瓷基体。

[0016] 若氧化钇的摩尔百分含量过低，氧化锆陶瓷易相变开裂，若氧化钇的摩尔百分含量过高，陶瓷的强度较低，优选氧化钇的摩尔百分含量为3mol％，在此条件下，制备出的氧化锆陶瓷基体的力学性能最优。烧结温度也会直接影响氧化锆陶瓷基体的综合性能，实验发现，当烧结温度落入1350～1450℃范围内时，氧化锆陶瓷基体的力学性能较好，并且后续制备彩色涂层后，仍然能保持较高的强度。

[0017] 优选地，所述步骤(3)中，排胶条件为：以1～3℃/min的升温速率升温至400～600℃，保温1～3h；所述步骤(4)中，烧结温度为1100～1400℃。在制备涂层的过程中，会对陶瓷基体进行二次烧结，着色剂在高温状态下分解，附着于陶瓷坯体表面的着色离子通过离子扩散进入氧化锆基体显色。当二次烧结温度低于1100℃时，着色剂无法分解进入氧化锆基体中，高于1400℃时，会使氧化锆晶粒异常长大，基体强度发生大幅衰减。

[0018] 此外，本发明还公开了一种由上述方法制备而成的彩色氧化锆陶瓷。

[0019] 相比于现有技术，本发明的有益效果为：

[0020] 1)本发明所述彩色涂层浆料的成分简单、成本低，通过喷涂、刷涂或印刷等方法即可施加在基体上，再经过高温烧结，即可对氧化锆陶瓷进行表面着色、绘制图案，相比于本体着色氧化锆陶瓷，着色剂的使用量可以大幅降低，并且对陶瓷基体的力学性能不会产生较大的影响。

[0021] 2)本发明通过在彩色涂层浆料中添加氧化镓作为助扩散剂，可以促进着色剂中着色粒子在氧化锆基体中的渗透，增强着色能力，制备出的陶瓷具有一定深度的显色层，颜色均匀、色泽艳丽。

具体实施方式

[0022] 为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。

[0023] 实施例1～19和对比例1～4

[0024] 实施例1～19为本发明所述彩色涂层浆料的实施例，对比例1～4为彩色涂层浆料，实施例1～19与对比例1～4的配方如表1所示。

[0025] 表1(重量份)

[0026]

[0027]

[0028] 应用实施例1～19和应用对比例1～4

[0029] 将实施例1～19和对比例1～4所述彩色涂层浆料分别喷涂到氧化锆陶瓷基体上，制备彩色氧化锆陶瓷，分别记为应用实施例1～19和应用对比例1～4，所述彩色氧化锆陶瓷的制备方法如下：

[0030] (1)将氧化钇摩尔百分含量为3mol％的氧化钇稳定氧化锆粉末与粘结剂聚乙烯醇(PVA)混合，干压成型，2℃/min升温至500℃保温2h进行排胶，然后将排胶后的生坯置于氧气气氛中进行烧结，烧结温度为1400℃，烧结时间为25h，得到陶瓷烧结坯，然后进行抛光，得到氧化锆陶瓷基体；所述PVA的质量为氧化钇稳定氧化锆粉末质量的10％。

[0031] (2)将彩色涂层浆料喷涂至氧化锆陶瓷基体表面；

[0032] (3)对喷涂好的氧化锆陶瓷进行排胶，排胶条件：以2℃/min的升温速率升温至500℃保温2h；

[0033] (4)排胶结束后，对上述氧化锆陶瓷进行烧结，在1300℃的空气气氛中烧结2h，得到所述彩色氧化锆陶瓷。

[0034] 应用实施例1～19和应用对比例1～4的制备条件完全相同。

[0035] 应用对比例5

[0036] 一种彩色氧化锆陶瓷，所述彩色氧化锆陶瓷与应用实施例1的区别仅在于，制备氧化锆陶瓷基体时，烧结温度为1300℃。

[0037] 应用对比例6

[0038] 一种彩色氧化锆陶瓷，所述彩色氧化锆陶瓷与应用实施例1的区别仅在于，制备氧化锆陶瓷基体时，烧结温度为1500℃。

[0039] 应用对比例7

[0040] 一种彩色氧化锆陶瓷，所述彩色氧化锆陶瓷与应用实施例1的区别仅在于，所述步骤(4)中，烧结温度为950℃。

[0041] 应用对比例8

[0042] 一种彩色氧化锆陶瓷，所述彩色氧化锆陶瓷与应用实施例1的区别仅在于，所述步骤(4)中，烧结温度为1450℃。

[0043] 应用对比例9

[0044] 一种彩色氧化锆陶瓷，所述彩色氧化锆陶瓷与应用实施例1的区别仅在于，制备氧化锆陶瓷基体时，排胶后未经过烧结。对应用实施例1～19和应用对比例1～9的性能进行测试

[0045] 1)4PB测试

[0046] 测试设备：万能材料试验机，型号INSTRON5965；

[0047] 测试方法：

[0048] a.试样要求：(45±0.05)mm*(30±0.05)mm*(0.45±0.05)mm，倒角(0.1±0.05)*45°或倒圆角R0.15±0.05mm；

[0049] b.试样正反两面抛光研磨，去除表面砂轮磨削痕迹、深度划伤和压痕等，表面粗糙度要求Ra≤0.02μm，其他表面用1200目砂轮打磨和倒角；

[0050] c.上轴距：18mm，下轴距36mm，加载棒直径：6mm，速度：10mm/min；

[0051] d.保证上下辊棒清洁，表面没有严重的划痕；

[0052] e.从成品裁切同样尺寸的试样，做如上步骤的测试，测试结果如表2所示。

[0053] 2)色度测试

[0054] 测试设备：色度计；

[0055] 测试方法：去除样品表面的脏污，取点进行测试，记录色度值，将色度值记录在表2中。

[0056] 表2

[0057]

[0058]

[0059] 由表2可知，应用实施例1～19兼具良好的力学性能以及着色效果。对比应用实施例9与应用对比例1的测试结果可以发现，当氧化镓的占比过高时，彩色氧化锆陶瓷的强度发生明显的衰减，彩色氧化镓陶瓷的强度低于900MPa，力学性能过差，会导致其应用范围发生大幅缩减。产生这一结果的原因在于，镓离子过多的进入氧化锆晶格中，致使氧化锆陶瓷晶粒异常长大，进而使陶瓷的强度降低。对比应用实施例1～9的配方及测试结果可以发现，氧化镓的含量为1.2％时，着色效果最优，并且还具有良好的力学性能。

[0060] 对比应用实施例10～13与应用对比例2～3的配方及测试结果可以发现，着色剂的含量过低时，彩色氧化锆陶瓷的色饱和度值显著降低，当着色剂的含量过高时，由于着色离子渗入饱和，导致彩色氧化锆陶瓷表面还有未反应的着色剂，使显色效果变差。

[0061] 对比应用实施例1～19与应用对比例4的配方及测试结果可以发现，不添加氧化镓时，着色离子的扩散驱动力明显变小，彩色氧化锆陶瓷颜色不均匀，渗透深度有限，颜色的饱和度较低。

[0062] 对比应用实施例1与应用对比例5～6的测试结果可以发现，制备氧化锆陶瓷基体时，烧结温度对彩色氧化锆陶瓷的性能具有至关重要的作用，温度过高或过低都会使力学性能发生大幅衰减。

[0063] 对比应用实施例1与应用对比例7～8的测试结果可以发现，制备彩色涂层时的烧结温度也会对性能产生极大的影响，温度过低，色彩饱和度低，温度过高，力学性能变差。

[0064] 对比应用实施例1与应用对比例9的测试结果可以发现，不对氧化锆陶瓷基体进行烧结，制备的彩色氧化锆陶瓷的力学性能急剧下降。

[0065] 由应用实施例14～19的配方及测试结果可知，添加氧化镓可以促进各种着色离子在陶瓷中的扩散性，可以广泛应用于彩色陶瓷的制备中。

[0066] 最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，但并不脱离本发明技术方案的实质和范围。