氧化鋯陶瓷具(ju)有高強度(du)、高韌性(xing)以(yi)及(ji)耐(nai)磨損、耐(nai)腐蝕等優良性(xing)能，廣泛應用(yong)(yong)(yong)于(yu)模(mo)具(ju)、刀具(ju)、陶瓷(ci)(ci)(ci)軸承、電子(zi)元器件、生物醫學(xue)材(cai)料等領(ling)(ling)域。目前，隨著氧化鋯(gao)(gao)陶瓷(ci)(ci)(ci)廣泛應用(yong)(yong)(yong)于(yu)電子(zi)產品領(ling)(ling)域，尤其是作為手機背板，其單一的(de)顏(yan)色已經制約了其應用(yong)(yong)(yong)，不(bu)能滿足人們(men)對于(yu)結構(gou)器件外觀上的(de)要(yao)求，所(suo)以(yi)開拓(tuo)豐富多彩的(de)顏(yan)色能極大地(di)拓(tuo)寬(kuan)氧化鋯(gao)(gao)陶瓷(ci)(ci)(ci)材(cai)料的(de)應用(yong)(yong)(yong)領(ling)(ling)域，具(ju)有廣闊(kuo)的(de)發展前景(jing)。

      ; 圖1 小米(mi)(mi)MIX3寶石藍氧(yang)化(hua)鋯陶(tao)瓷手機背(bei)板（圖片來自小米(mi)(mi)手機）

       一、彩色氧化鋯陶瓷概述

       隨著(zhu)技術(shu)(shu)的(de)不斷發(fa)展(zhan)，彩(cai)色(se)(se)(se)氧(yang)化鋯陶(tao)瓷(ci)的(de)合成方法越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)元化。其(qi)制備技術(shu)(shu)的(de)關鍵在于著(zhu)色(se)(se)(se)相（如CoO、Cr2O3、Fe2O3等）能夠均(jun)勻(yun)分布在陶(tao)瓷(ci)基(ji)體中。研究合成的(de)彩(cai)色(se)(se)(se)氧(yang)化鋯陶(tao)瓷(ci)必須達到晶體結構穩定(ding)，色(se)(se)(se)彩(cai)艷麗均(jun)勻(yun)，高溫及化學(xue)穩定(ding)性(xing)好，且不破壞其(qi)固有的(de)性(xing)能。

       對(dui)于彩(cai)色(se)氧化鋯陶瓷(ci)(ci)來說，由于構成基(ji)體(ti)與著(zhu)色(se)相(xiang)的顆粒(li)粒(li)徑小(xiao)、表面(mian)積(ji)大(da)、表面(mian)能(neng)(neng)高，顆粒(li)間的毛細作用力(li)、靜(jing)電引力(li)、范(fan)德(de)華力(li)突出，在此環境下，納米粉顆粒(li)極易團聚(ju)成一個(ge)尺(chi)寸(cun)較(jiao)大(da)的顆粒(li)體(ti)，從(cong)而(er)導致(zhi)納米復相(xiang)陶瓷(ci)(ci)其相(xiang)對(dui)較(jiao)好的物(wu)理化學性(xing)能(neng)(neng)大(da)幅降低。因(yin)此，要想(xiang)制備出性(xing)能(neng)(neng)良好，顏色(se)多樣的氧化鋯陶瓷(ci)(ci)，必須克服團聚(ju)現象，使著(zhu)色(se)相(xiang)在陶瓷(ci)(ci)基(ji)體(ti)材料中均勻分散。

       二、彩色氧化(hua)鋯陶瓷(ci)制備(bei)方法

       彩色氧化鋯(gao)陶(tao)瓷的(de)制備方法(fa)(fa)(fa)主要有(you)：固相混合(he)法(fa)(fa)(fa)、化學(xue)共沉淀(dian)法(fa)(fa)(fa)、液相浸滲法(fa)(fa)(fa)、高溫滲碳法(fa)(fa)(fa)等。

        1、固(gu)相混(hun)合法

       固相混合法(fa)是采用混合球(qiu)磨技術制備彩(cai)色氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鋯(gao)粉體(ti)。它將(jiang)著色劑(ji)、礦(kuang)化(hua)(hua)劑(ji)等氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物顆(ke)粒按照一(yi)定化(hua)(hua)學配(pei)比，與穩定氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鋯(gao)納米(mi)粉體(ti)進行混合、球(qiu)磨，固體(ti)顆(ke)粒晶粒在此過程中被細化(hua)(hua)，發(fa)生了利(li)于實現低溫化(hua)(hua)學反應的微裂紋、晶格扭曲、表面能升高等現象。

       圖(tu)2 固相混合法(fa)制備彩色(se)氧化鋯陶瓷工藝流程圖(tu)

       目前(qian)，固相(xiang)混合法是制備彩色氧化(hua)鋯陶瓷(ci)的主要方法。其(qi)優點(dian)是：工(gong)藝簡單、成本低廉、操作方便、易工(gong)業化(hua)。缺(que)點(dian)是：無(wu)法克服納(na)米顆粒(li)團聚，著色相(xiang)和(he)基體(ti)納(na)米顆粒(li)混合不均勻，且球磨時間(jian)長，球磨介質或大氣(qi)對(dui)粉體(ti)有(you)可能造成嚴(yan)重的污(wu)染。

       2、化(hua)學共沉淀法

       化(hua)學(xue)共沉(chen)淀法是利用鋯鹽(yan)(yan)(yan)(yan)、穩(wen)定(ding)劑(ji)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)和著色離(li)子鹽(yan)(yan)(yan)(yan)溶液(ye)混合后，通過與堿或者碳(tan)酸鹽(yan)(yan)(yan)(yan)等的(de)反應(ying)，共同(tong)生成(cheng)(cheng)氫氧化(hua)物或者碳(tan)酸鹽(yan)(yan)(yan)(yan)沉(chen)淀，然后加熱(re)分解而獲得氧化(hua)鋯復合粉體。共沉(chen)淀法中(zhong)，溶液(ye)中(zhong)的(de)金屬陽離(li)子由于過剩的(de)沉(chen)淀劑(ji)使之同(tong)時沉(chen)淀下來成(cheng)(cheng)為混合物，而在特殊的(de)情況下，要求沉(chen)淀下來的(de)復合氧化(hua)物或其(qi)前驅體必須符合一定(ding)的(de)化(hua)學(xue)計(ji)量(liang)比(bi)，陽離(li)子以一定(ding)的(de)比(bi)例(li)生成(cheng)(cheng)沉(chen)淀。

       圖(tu)3 黑色氧化鋯陶瓷應用于手(shou)表帶

       化學共(gong)沉淀(dian)(dian)法優點是：獲得的(de)(de)氧(yang)(yang)化鋯粉體純度高、性(xing)能(neng)優良。其缺點是：由于彩色氧(yang)(yang)化鋯共(gong)沉淀(dian)(dian)離(li)(li)子復雜，導致后期(qi)燒結過(guo)程中反應復雜，氧(yang)(yang)化鋯穩定劑(ji)有可能(neng)與著(zhu)色離(li)(li)子發生不可預期(qi)的(de)(de)反應，從而大量(liang)消(xiao)耗。這一(yi)方面影響(xiang)(xiang)最終彩色氧(yang)(yang)化鋯制品的(de)(de)性(xing)能(neng)，另一(yi)方面也(ye)影響(xiang)(xiang)著(zhu)色離(li)(li)子的(de)(de)顯色光學性(xing)能(neng)。

       圖4 化學共沉淀法制(zhi)備彩色氧化鋯陶瓷工(gong)藝流程圖

       3、液相浸滲法

       液(ye)相浸(jin)(jin)滲(shen)(shen)法是首先把(ba)注射成型后的(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)鋯(gao)(gao)陶瓷(ci)坯(pi)(pi)體(ti)(ti)經(jing)過(guo)水萃取脫(tuo)(tuo)脂得到(dao)(dao)具有連通孔隙(xi)結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)坯(pi)(pi)體(ti)(ti)，然后將其置于含有著(zhu)色(se)(se)相離(li)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)溶液(ye)中(zhong)進(jin)行浸(jin)(jin)滲(shen)(shen)。著(zhu)色(se)(se)相離(li)子(zi)(zi)隨著(zhu)溶液(ye)經(jing)由孔隙(xi)從坯(pi)(pi)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)表面(mian)滲(shen)(shen)入(ru)其內部(bu)；浸(jin)(jin)滲(shen)(shen)的(de)(de)(de)深(shen)度由浸(jin)(jin)滲(shen)(shen)時間的(de)(de)(de)長短來(lai)控制(zhi)，最后制(zhi)得各種(zhong)性(xing)能(neng)優異(yi)的(de)(de)(de)彩色(se)(se)氧(yang)化(hua)鋯(gao)(gao)陶瓷(ci)。此外，直(zhi)接使用經(jing)過(guo)水萃取脫(tuo)(tuo)脂得到(dao)(dao)的(de)(de)(de)坯(pi)(pi)體(ti)(ti)來(lai)進(jin)行浸(jin)(jin)滲(shen)(shen)，是因為此坯(pi)(pi)體(ti)(ti)經(jing)過(guo)水萃取脫(tuo)(tuo)脂后內部(bu)會形(xing)成均勻連通的(de)(de)(de)空隙(xi)結(jie)構(gou)，方便著(zhu)色(se)(se)相離(li)子(zi)(zi)均勻分布在坯(pi)(pi)體(ti)(ti)中(zhong)。只要能(neng)夠浸(jin)(jin)滲(shen)(shen)完全就能(neng)制(zhi)備出顏色(se)(se)均勻的(de)(de)(de)彩色(se)(se)氧(yang)化(hua)鋯(gao)(gao)陶瓷(ci)。

       液相浸滲法(fa)(fa)優(you)點是：在工藝上更加(jia)簡便，且制備出的(de)彩色(se)氧化(hua)(hua)鋯(gao)陶(tao)瓷(ci)(ci)在顏色(se)均一性和(he)物理性能上都具(ju)有明(ming)顯的(de)優(you)勢。此外，液相浸滲法(fa)(fa)能充分利用注(zhu)射成型能制得(de)(de)各種(zhong)形狀(zhuang)復雜的(de)氧化(hua)(hua)鋯(gao)坯體，從而制得(de)(de)各種(zhong)復雜形狀(zhuang)的(de)彩色(se)氧化(hua)(hua)鋯(gao)陶(tao)瓷(ci)(ci)。

       圖5 液相(xiang)浸滲法制備彩色氧(yang)化鋯陶瓷工藝流(liu)程圖

       4、高溫滲碳/氮(dan)法(fa)

       高(gao)溫(wen)(wen)滲碳法主要用于制備(bei)黑色氧(yang)化(hua)(hua)鋯(gao)(gao)陶(tao)瓷(ci)(ci)，其工(gong)藝過程是將氧(yang)化(hua)(hua)鋯(gao)(gao)陶(tao)瓷(ci)(ci)加工(gong)成坯后(hou)(hou)，進行正(zheng)常的脫(tuo)脂、脫(tuo)蠟(la)，在低溫(wen)(wen)不保(bao)護氣氛素燒(shao)處(chu)理，然后(hou)(hou)再將處(chu)理后(hou)(hou)的氧(yang)化(hua)(hua)鋯(gao)(gao)生坯在真空(kong)保(bao)護條件(jian)下(xia)進行高(gao)溫(wen)(wen)燒(shao)結(jie)。在燒(shao)結(jie)時(shi)擺放工(gong)件(jian)采用石(shi)(shi)墨(mo)坩堝(guo)，并(bing)且(qie)在工(gong)件(jian)表面放置石(shi)(shi)墨(mo)紙。利用石(shi)(shi)墨(mo)在高(gao)溫(wen)(wen)下(xia)對氧(yang)化(hua)(hua)鋯(gao)(gao)表面的滲入來實現對氧(yang)化(hua)(hua)鋯(gao)(gao)陶(tao)瓷(ci)(ci)的黑色著(zhu)色。

       此外，研究(jiu)者采用(yong)高溫等離子(zi)體滲(shen)氮的方法制備(bei)出金色氧化鋯陶瓷材(cai)料。

       三、彩色氧化鋯陶(tao)瓷應用

        1、手機(ji)背(bei)板

       氧化鋯(gao)陶(tao)瓷應(ying)用(yong)于手(shou)機(ji)背板具(ju)有無干擾，無磁性，接收(shou)信號強，同時色彩多樣，永不褪色，此外，還可以(yi)用(yong)于指紋識別模組用(yong)陶(tao)瓷蓋板。

    ;   圖6 氧化鋯(gao)陶瓷應(ying)用于(yu)手機背板(ban)和指(zhi)紋識別模組(zu)陶瓷蓋板(ban)

       2、智能穿戴外觀(guan)件

       氧化鋯(gao)陶(tao)瓷材料(liao)具有防(fang)刮(gua)耐劃無屏(ping)蔽，手感(gan)溫潤有質感(gan)，具有良好的(de)耐腐蝕性及生物(wu)相容(rong)性，應(ying)用于(yu)智(zhi)能穿戴(dai)外觀件(jian)。

       圖7 氧化(hua)鋯(gao)陶瓷材料應用于(yu)智(zhi)能穿戴外觀件（圖片來自三環(huan)集團）

       3、陶瓷刀具

       氧化鋯陶瓷刀具具有超高(gao)強度、耐磨損、刃口鋒利、不生銹、無異味、經(jing)久耐用等優良特(te)性。

       圖(tu)8 彩色(se)氧化鋯(gao)陶瓷刀（圖(tu)片(pian)來自三環集(ji)團）

       目(mu)前，制備彩(cai)色氧化鋯陶瓷(ci)的難點之一是如何克服(fu)氧化鋯粉體(ti)團聚，使著色相(xiang)在(zai)(zai)陶瓷(ci)基體(ti)材料中(zhong)均(jun)勻分(fen)散，2018年12月(yue)23-25日，在(zai)(zai)廣東珠海召開(kai)的《2018全國粉體(ti)檢測與表面修(xiu)飾技術創新(xin)論壇》，邀請粉體(ti)研究(jiu)領(ling)域專家，相(xiang)信陶瓷(ci)粉體(ti)分(fen)散性(xing)會有(you)新(xin)的解決方(fang)案(an)。

       參考(kao)文(wen)獻：

       1、劉麗菲，高韌性彩(cai)色氧化鋯(gao)陶瓷的制(zhi)備(bei)及性能研究，吉林大學。

       2、千粉玲，謝志鵬(peng)，孫家林等，非均(jun)勻沉淀(dian)法制備(bei)黑色氧化鋯陶瓷，硅酸鹽學(xue)報