中國粉體網訊 氧化鋯陶瓷因具有高韌性、高抗彎強度和高耐磨性，優異的隔熱性能、抗過敏性能等優點，廣泛應用于模具、刀具、陶瓷軸承、電子元器件、生物醫學材料等領域。近年來，隨著大量的結構陶瓷在外表面的使用，單一的顏色已經制約了氧化鋯陶瓷的應用，不能滿足大多數人們對于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。目前市面上，彩色ZrO2陶瓷仍以白色和黑色為主。其中黑色氧化鋯陶瓷部件因其顏色而備受關注，在眾多高科技領域，如光電科技、生物醫學器件和高端的裝飾材料中獲得應用。近年來有關黑色氧化鋯陶瓷的研究也取得一定進展。
黑色氧化鋯陶瓷
來源：深圳市康柏工業陶瓷有限公司
來自著色劑的魔法
要使陶瓷顯示出彩色，往往需要往里面加入含過渡金屬或者稀土金屬的氧化物或其他化合物。經研究，硅酸鋯基陶瓷顏料因耐高溫性、高化學穩定性及呈色范圍寬等優點而最具實用價值。
ZrO2-SiO2-過渡金屬氧化物系
許多過渡金屬的氧化物或氟化物進入ZrO2-SiO2晶格時，能形成呈色結構物。過渡金屬氧化物或氟化物在其中起呈色成分的作用。這些過渡金屬元素是鐵、鉻、錳、鉆、鎳、銅、釩、鉬、銀、金等。
ZrO2-SiO2-過渡金屬氧化物系顏料
ZrO2-SiO2-稀土金屬氧化物系
隨稀土金屬及其化合物在核技術、陶瓷、光學方面及制造催化劑，顏料方面應用的增多，稀土金屬將日益顯示其重要性。在無色或有色的主晶格中加入少量的稀土金屬氧化物，可制得有高耐熱性、化學穩定性、高遮蓋力的顏料。
ZrO2-SiO2-稀土金屬氧化物系顏料
ZrO2-SiO2-色劑系
這類顏料在結構上既不是固溶型，也不屬嵌入型，而是一種耐高溫的異晶包裹型。其典型的代表是高溫硒鎘系列顏料。
根據以上鋯系顏料，利用顏料的三原色，可選用三氧化二鉻、氧化鋅、氫氧化鋁、氧化鋁硼酸等作為紅色系列著色劑，偏釩酸銨、五氧化二釩、二氧化鈦、重鉻酸鉀等作為黃色系列著色劑，重鉻酸鉀、螢石(氟化鈣)、碳酸鈣、石英等作為綠色系列著色劑，氧化鈷、氫氧化鋁、氧化鋅、氧化硅等作為藍色系列周色劑。而黑色氧化鋯陶瓷常用著色劑為氧化鐵、氧化鈷、氧化鉻、氧化錳等。
黑色氧化鋯陶瓷的合成
固相混合法
原理：采用混合球磨技術制備彩色氧化鋯粉末。它將著色劑、礦化劑等氧化物顆粒按照一定化學配比，與穩定氧化鋯納米粉體進行混合、球磨，固體顆粒晶粒在此過程中被細化，發生了利于實現低溫化學反應的微裂紋、晶格扭曲、表面能升高等現象。
Sumitomo Electric公司已成功利用此方法制備出黑色氧化鋯陶瓷，它是利用釔穩定氧化鋯粉末和黑色著色相粉末一起球磨得到的粉末，經成型燒結后制得。Rnaud等直接添加CoFe2O4得到了黑色，避免了重金屬Cr的使用。
化學共沉淀法
原理：化學共沉淀法是利用鋯鹽、穩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，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合粉體。
Tosoh公司在2006年研制成功含有2wt.%-6wt.%著色劑的黑色氧化鋯陶瓷，著色劑為尖晶石結構的(Co1-xZnx)(Fe1-yAly)2O4(0≤x≤0.5，0≤y≤0.5)，Co、Zn、Fe、Al著色氧化鋯采用共沉淀的方法獲得。
千粉玲以Y-TZP為原料、Mn(NO3)2和Al(NO3)3為著色劑，采用化學沉淀法制備黑色氧化鋯復合粉體，經成型、燒結后得到黑色氧化鋯陶瓷。
液相浸滲法
原理：液相浸滲法是制備復合材料、梯度材料的先進工藝，可以很好的實現高均勻度摻雜、在保持材料原性能的前提下，賦予其表面新的性能。
趙露等采用液相前驅體浸滲法摻雜技術，在ZrO2坯體引入有色離子，通過擴散溶入基體，制備了顏色純正、摻雜均勻的黑、藍、粉、綠色氧化鋯陶瓷。
相較以上方法，固相混合法工藝簡單、成本低廉、操作方便、易工業化，但無法克服納米顆粒團聚，且著色相和基體納米顆粒混合不均勻，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；化學共沉淀法工藝比較復雜，但獲得的粉末純度高、性能優良；液相浸滲法在工藝上更加簡便，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勢，是一種較為新型的摻雜技術。
綜上，對于制備出性能良好、顏色多樣的氧化鋯陶瓷，克服團聚現象，使著色相在陶瓷基體材料中均勻分散等方面的研究一直是彩色氧化鋯陶瓷研究的重點。近年來，國內對于黑色氧化鋯陶瓷的研究也取得一定進步。如武漢理工大學本發明了一種有色氧化鋯陶瓷及其制備方法，不同于常規制備方法，本發明中將陶瓷粉料依次進行干壓成型、冷等靜壓成型后依次進行真空燒結、打磨拋光即可獲得一種有色氧化鋯陶瓷。本發明中在無需添加著色劑的情況下經真空燒結即可獲得一種銀灰色或黑色氧化鋯陶瓷，上述陶瓷致密度高且著色均勻、美觀。
而作為國內規模比較大的現代化精密陶瓷企業——深圳市康柏工業陶瓷有限公司在追求現有產品完美的基礎上不斷進行新品的研發，研發金額達到了營業額的20%以上，并獲得了40多項專利。公司研發和生產的黑色氧化鋯陶瓷產品已廣泛應用于電子元器件治具、化工機械行業配件、醫療行業配件、飾品和日用品等十多個行業領域。康柏工業陶瓷一直以務實、創新的精神引領行業，讓大眾、行業一次次重新認識先進陶瓷。
參考資料：
程磊.彩色氧化鋯陶瓷的制備工藝進展
劉麗菲.高韌性彩色氧化鋯陶瓷的制備及性能研究
趙露等.浸滲摻雜技術制備彩色氧化鋯陶瓷
千粉玲等.非均勻沉淀法制備黑色氧化鋯陶瓷
陳蓓.彩色氧化鋯陶瓷燒結工藝研究
（中國粉體網編輯整理/三昧）
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