[发明专利]一种红色氧化锆陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种红色氧化锆陶瓷及其制备方法，工程陶瓷材料技术领域，通过直接将氧化钇稳定剂的氧化锆粉体、含铬元素盐的水溶液以及添加剂三者混合均匀；含铬元素盐的水溶液的质量与含氧化钇稳定剂的氧化锆粉体的质量比是0.3:1～3:1，添加剂的加入量为含铬元素盐的水溶液质量的5～20％；将所述混合物干燥、成型，得到陶瓷坯体；将陶瓷坯体在空气气氛条件下，1400～1600℃温度条件下进行烧结，保温时间为0.5～4h，即制得红色氧化锆陶瓷。本发明制备方法工艺简单，陶瓷坯体的烧结气氛采用氧化性气氛，无需真空或还原气氛，成本低；陶瓷中铬元素的含量低，不影响陶瓷的力学性能。

技术领域

本发明涉及工程陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种红色氧化锆陶瓷以及这种红色氧化锆陶瓷的制备方法。

背景技术

氧化钇稳定氧化锆能够通过“相变增韧”机制有效改善材料的脆性，并且兼具良好的光泽质感，因此近年来在手机背板等工程领域诸多领域发展迅速。此外，氧化钇稳定氧化锆陶瓷兼具良好的化学稳定性，也是目前人工义齿口腔修复领域中的主流材料之一，手机背板与人工义齿领域对于氧化锆陶瓷的颜色具有不同的颜色需求。红色不仅是深受喜爱的颜色，也是基础的三原色色调之一，在色彩调配中具有重要作用。

三价的铈(Ce)是常用红色发色元素之一，例如中国发明专利申请CN201180013290.8、CN201980054812.5、CN201811294874.7都报道通过在将氧化铈与氧化锆粉体进行混烧结制备红色氧化锆陶瓷，但是烧结必须在还原气氛下进行，以防止三价Ce元素的价态变化，因此对于工艺条件与制造设备的要求高，成本昂贵。

铒(Er)是氧化锆陶瓷中另一种常用的红色发色元素，并且制备可以在氧化性气氛下进行，例如中国发明专利申请CN201410856827.2、CN201810527020.2、CN201811414226.0都报道通过Er元素的加入实现氧化锆陶瓷的粉红色。但是元素Er是一种稀土元素，价格昂贵；此外，氧化锆的晶体结构能够固溶Er元素，过高Er元素固溶量会使得诱发氧化锆晶体结构向立方晶型发生转变，不利于材料的力学性能。

三价铁(Fe)也是氧化锆陶瓷中红色色调的发色元素，例如发明专利CN201810436854.2与CN201410628158.3；但是Fe元素为过渡金属元素，在制品中Fe元素在氧化锆晶界上分布，不利于材料力学性能；并且Fe的熔点较低，在烧结过程中易挥发。此外，引入高温红色色剂也是红色氧化锆制备的方法之一，例如中国专利CN201510115422.8报道了一种磷酸锆型高温镍红陶瓷色料及其制备方法，但是着色剂成分复杂、合成成本高，且色剂添加量较高，不利于材料的力学性能。

发明内容

针对现有技术存在的问题与不足，本发明提供一种红色氧化锆陶瓷及其制备方法，能够在有氧条件下，使用普通微量着色剂，通过简单的工艺，既能实现预期的红色着色效果，又不影响氧化锆陶瓷的力学性能。

本发明提供的第一个技术方案是红色氧化锆陶瓷的制备方法，包括：

将含氧化钇稳定剂的氧化锆粉体、含铬元素盐的水溶液以及添加剂三者直接混合均匀；

其中，含铬元素盐的水溶液的质量与含氧化钇稳定剂的氧化锆粉体的质量比是0.3:1～3:1，添加剂的加入量为含铬元素盐的水溶液质量的5～20％；

将所述混合物干燥、成型，得到陶瓷坯体；

将所述陶瓷坯体在空气气氛条件下，1400～1600℃温度条件下进行烧结，保温时间为0.5～4h，即制得红色氧化锆陶瓷。若在还原性气氛下，三价铬的化学价态会被还原成二价。因此，在空气气氛条件下烧结。

在一种实施案例中，所述含氧化钇稳定剂的氧化锆粉体中氧化钇的摩尔百分数为1.5～5％。

在一种实施案例中，所述含铬元素盐的水溶液为硫酸铬，硫酸亚铬，氯化铬，氯化亚铬，硝酸铬，硝酸亚铬，草酸铬中的至少一种的水溶液。