一种黑色陶瓷以及增加黑色陶瓷黑度的方法与流程

本发明涉及一种黑色陶瓷以及增加黑色陶瓷黑度的方法。

背景技术：

黑色陶瓷的黑色一般是通过向粉体材料中添加黑色色料或者调节烧结工艺发黑，坯体一旦烧结成型，加工至成品后，其黑度难以发生改变，并且由于加工后陶瓷光洁度较高，反射率增加，黑色陶瓷看上去发亮，但并不是很黑。

针对黑色陶瓷不够黑的特性，主要是因为陶瓷表面反射率太高，透射率太低，现有技术是将陶表面做腐蚀或喷砂粗化处理，使得陶瓷表面粗糙度升高，减少镜面反射，增加漫反射，可将陶瓷黑度增加。

在现发明专利中，一般使用黑色色料掺杂在陶瓷粉中，黑色色料通常是黑色氧化物，利用黑色氧化物材料本征的黑来提高黑色陶瓷的黑度，如专利号为CN105669191A的专利，向氧化锆陶瓷中添加氧化铁，氧化钴，氧化铬，氧化铝，氧化镍，氧化锰，氧化锌，氧化钇，氧化钛，二氧化硅，氧化铈，氧化铪，通过黑色氧化物来提高陶瓷本体黑度。还有添加少量的稀土元素，如专利号为CN105565806A的专利，向氧化锆基体中添加含有AB元素的氧化物，A选自Ca，Sr，Ba，Y和La中的一种，B选自Cr，Mn，Fe，Co和Ni中的至少一种。

现有的技术和发明专利都是针对陶瓷本体进行改变，在增加黑度的同时，伴随有改变陶瓷力学性能的可能，存在颜色不均，力学性能下降的风险，且一旦加工成型，黑色无法再次调节，且生产周期长，稳定性一般。

上述现有技术的缺点是陶瓷增黑程度有限，且陶瓷表面粗糙度较高，质感与美观下降，同时喷砂粗化技术只能针对厚片(>0.3mm)，薄片则无法实现该技术；向陶瓷粉料中添加黑色氧化物可能带来颜色不均，力学性能下降的风险。

腐蚀和喷砂粗化技术是通过破坏已经加工成型的陶瓷表面来改变光学传播路径实现的，表面被破坏自然质感与美观下降，喷砂对瓷体冲击作用很强，薄片因强度小而容易出现翘曲破损；向陶瓷粉料中添加黑色氧化物，这些氧化物因晶格尺寸或粉体粒径问题容易出现色不均，烧结应力开裂等问题。

目前，陶瓷表面的防污是通过将防污膜材料真空蒸镀与陶瓷表面上，这样虽然使得陶瓷表面不容易脏污，但是长时间使用后，防污膜容易脱落。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供了一种增加黑色陶瓷黑度的方法。本发明方法在不破坏陶瓷表面光滑程度的情况下，降低陶瓷表面的反射率，同时保持陶瓷原有的高光镜面效果与力学性能，不针对特性材料配比的黑色陶瓷，所有黑色陶瓷均可使用该方法进一步增加黑度。除此之外，在减反射膜上溅射一层AF膜，可以在不影响陶瓷黑度的同时起到一种稳定的防污作用。

为实现上述目的，所采取的技术方案：一种增加黑色陶瓷黑度的方法，所述方法是在黑色陶瓷基底层上设置减反射膜。

优选地，所述减反射膜包括低折射率膜层和高折射率膜层。所述低折射率膜层的折射率小于1.5；所述高折射率膜层的折射大于2.0。

优选地，所述减反射膜包括交替叠层的低折射率膜层和高折射率膜层。

优选地，所述低折射率膜层为由二氧化硅和氟化镁中的至少一种组成的膜层，所述高折射率膜层为由五氧化二钽，五氧化三钛、三氧化二钛、二氧化钛、一氧化钛，氧化铌，硫化锌，氧化锆，氮化硅中的至少一种组成的膜层。更优选地，所述低折射率膜层为SiO₂膜层，所述高折射率膜层为Si₃N₄膜层、ZrO₂膜层、和Ti₃O₅膜层中的至少一种。

更优选地，所述减反射膜包括依次叠层的Si₃N₄膜层、SiO₂膜层、Si₃N₄膜层和SiO₂膜层；更优选地，所述Si₃N₄膜层、SiO₂膜层、Si₃N₄膜层和SiO₂膜层的厚度分别为15.15nm、41.29nm、50.43nm、17.54nm。所述减反射膜包括依次叠层的ZrO₂膜层和SiO₂膜层；更优选地，所述ZrO₂膜层和SiO₂膜层的厚度分别为20nm、80nm。

更优选地，所述减反射膜包括依次叠层的Ti₃O₅膜层、SiO₂膜层、Ti₃O₅膜层和SiO₂膜层；更优选地，所述Ti₃O₅膜层、SiO₂膜层、Ti₃O₅膜层和SiO₂膜层的厚度分别为15.34nm、21.38nm、16.27nm、31.29nm。

优选地，所述减反射膜还包括中折射率膜层，所述中折射率膜层位于所述低折射率膜层和高折射率膜层之间。所述中折射率膜层的折射率大于等于1.5，小于等于2.0。

优选地，所述中折射率膜层为氧化铝和一氧化硅中的至少一种组成的膜层。

优选地，所述低折射率膜层的厚度为1～100nm，所述高折射率膜层的厚度为1～100nm。

优选地，所述减反射膜的厚度为5～500nm。

优选地，所述中折射率膜层的厚度为1～100nm。

优选地，所述设置方法为真空镀膜法。更优选地，所述设置方法为溅射镀膜或蒸镀镀膜。

优选地，所述减反射膜为硬质减反射膜。

优选地，所述减反射膜为无色透明膜。本发明提供了一种黑色陶瓷，所述黑色陶瓷包括黑色陶瓷基底层和设置在所述黑色陶瓷基底层上的减反射膜。

优选地，在所述减反射膜上设置有AF膜。优选地，所述AF膜为氟硅烷防污膜。更优选地，所述AF膜的厚度为1～500nm。最优选地，所述AF膜的厚度为25nm。

优选地，所述黑色陶瓷是采用上述所述的方法得到的。

本发明提供了减反射膜在增加黑色陶瓷黑度中的用途。这里所述的减反射膜优选地为上述所述的减反射膜。

本发明通过降低黑色陶瓷表面的反射率(常规无镀膜黑色陶瓷材料的反射率为14-16％，本发明镀膜之后可达2-3％)，将黑色陶瓷的本体黑度最大程度的显现出来，从而达到不破坏黑色陶瓷表面或更改黑色陶瓷配方就能增黑的目的。

本发明通过真空镀膜技术，在黑色陶瓷表面镀AR膜，减少光的反射，使之显现更黑的效果。同时，调节AR膜的结构及厚度调节反射率，从而实现黑度可调。在AR膜上镀AF膜，不影响陶瓷的黑度的同时起到表面防污的作用。

本发明的有益效果在于：

1.本发明增加黑度的方法不会对黑色陶瓷基底层表面进行破坏，保留黑色陶瓷基底层原有的高光镜面效果；

2.本发明增加黑度的方法不改变黑色陶瓷基底层力学性能，仅在黑色陶瓷基底层表面真空镀膜；

3.本发明增加黑度的方法可针对所有材料的黑色陶瓷基底层，黑度可在黑色本体基础上进一步增加黑度；

4.本发明黑色陶瓷的黑度不合适可退去AR膜，重新镀AR膜，黑色陶瓷本体可反复利用，降低成本；

5.本发明增加黑度的方法操作简便，过程无工业三废，绿色环保；

6.本发明所述AR膜无色透明，增黑纯正；

7.黑色陶瓷基底层镀AF膜可承受刮擦，经久耐用，防止污染。

附图说明

图1为本发明实施例1中镀AR、AF膜后的黑色陶瓷的结构示意图；

图2为本发明实施例2中镀AR、AF膜后的黑色陶瓷的结构示意图；

图3为本发明实施例3中镀AR、AF膜后的黑色陶瓷的结构示意图；

图4为本发明实施例4中不同程度的增黑样品的对比图；

图中，1、黑色陶瓷基底层，2、第一Si₃N₄膜层，3、第一SiO₂膜层，4、第二Si₃N₄膜层，5、第二SiO₂膜层，6、AF膜，7、第一Ti₃O₅膜层，8、第二Ti₃O₅膜层，9、ZrO2膜层，10、初始黑色陶瓷样品，11、实施例1中镀AR、AF膜后的黑色陶瓷，12、实施例2中镀AR、AF膜后的黑色陶瓷,13、实施例3中镀AR、AF膜后的黑色陶瓷。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、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。

实施例1

本发明所述增加黑色陶瓷黑度的方法的一种实施例，该实施例以溅射机为例，制备方法如下：

1.膜系设计，基于TFCALC上经行的设计，要求可见光380～720nm波段透过率要求较高，推荐使用膜堆M2HL，为确保AR膜为无色，经过一系列的优化设计后得到的膜系结构为：Si₃N₄(15.15nm)/SiO₂(41.29nm)/Si₃N₄(50.43nm)/SiO₂(17.54nm)；

2.溅射机溅射镀膜，设置镀膜参数：

2.1起始真空度：6.0～7.0×10^-4torr，镀膜温度：80～85℃，镀膜前使用RF处理，自由基源功率：3400～3600W，氧气流量：120sccm，时间300s；

2.2硅靶材溅射功率：7600～8000W，氩气流量：110～120sccm，氮气流量90：sccm，自由基源功率：3600W，溅射Si₃N₄；

2.3硅靶材溅射功率：8000～8500W，氩气流量：260～270sccm，自由基源物功率：3100W～3200W，氧气流量130sccm；

3.将待镀黑色的陶瓷样品贴在高温胶上，放入溅射机装载基片架上；

4.关闭炉门，启动真空泵，开始镀膜，点击成膜开始；

5.通气，冷却时间：7min，通气时间：4min；

6.同样的工艺条件溅射一层25nm厚的氟硅烷防污膜；

7.打开炉门，将样品取下，得到镀AR、AF膜后的黑色陶瓷，其结构如图1所示，所述黑色陶瓷依次包括黑色陶瓷基底层1、第一Si₃N₄膜层2、第一SiO₂膜层3、第二Si₃N₄膜层4、第二SiO₂膜层5和AF膜6，取低粘PET膜包覆产品；

8.测量Lab值，详见表1。

实施例2

本发明所述增加黑色陶瓷黑度的方法的一种实施例，该实施例以蒸镀机为例，制备方法如下：

1.膜系设计，基于TFCALC上经行的设计，要求可见光380～720nm波段透过率要求较高，推荐使用膜堆M2HL，为确保AR膜为无色，经过一系列的优化设计后得到的膜系结构为：Ti₃O₅(15.34nm)/SiO₂(21.38nm)/Ti₃O₅(16.27nm)/SiO₂(31.29nm)；

2.蒸镀机镀膜工艺制备：

膜系参考波长550nm

第一层：Ti₃O₅膜厚15.34nm；第二层：SiO₂膜厚21.38nm；第三层：Ti₃O₅膜厚16.27nm；第四层：SiO₂膜厚31.29nm；镀膜真空度：2.2×10^-4torr；基板加热温度：20℃±5；镀膜基板旋转频率：25n/min；电子枪高压：-8KV；蒸发速率：Ti₃O₅，0.8埃/秒，SiO₂，1.5埃/秒。

3.将待镀黑色陶瓷样品贴在高温胶上，放入镀膜机伞具上；

4.关闭炉门，启动真空泵，开始镀膜，点击成膜开始；

5.镀膜完成后通气，冷却时间：10min，通气时间：5min；

6.同样的工艺条件溅射一层25nm厚的氟硅烷防污膜；

7.打开炉门，将样品取下，得到镀AR、AF膜后的黑色陶瓷，其结构如图2所示，所述黑色陶瓷依次包括黑色陶瓷基底层1、第一Ti₃O₅膜层7、第一SiO₂膜层3、第二Ti₃O₅膜层8、第二SiO₂膜层5和AF膜6，取低粘PET膜包覆产品；

8.测量Lab值，详见表1。

实施例3

本发明所述增加黑色陶瓷黑度的方法的一种实施例，该实施例以蒸镀机为例，制备方法如下：

1.膜系设计，基于TFCALC上经行的设计，要求可见光380～720nm波段透过率要求较高，推荐使用膜堆M2HL，为确保AR膜为无色，经过一系列的优化设计后得到的膜系结构为：ZrO₂(20nm)/SiO₂(80nm)；

2.蒸镀机镀膜工艺制备：

膜系参考波长550nm

第一层：ZrO₂膜厚15.15nm；第二层：SiO₂膜厚41.29nm；镀膜真空度：2.2×10^-4torr；基板加热温度：20℃±5；镀膜基板旋转频率：25n/min；电子枪高压：-8KV；蒸发速率：Ti₃O₅，0.8埃/秒，SiO₂，1.5埃/秒。

3.将待镀黑色陶瓷样品贴在高温胶上，放入镀膜机伞具上；

4.关闭炉门，启动真空泵，开始镀膜，点击成膜开始；

5.镀膜完成后通气，冷却时间：10min，通气时间：5min；

6.同样的工艺条件溅射一层25nm厚的氟硅烷防污膜；

7.打开炉门，将样品取下，得到镀AR、AF膜后的黑色陶瓷，其结构如图3所示，所述黑色陶瓷依次包括黑色陶瓷基底层1、ZrO₂膜层9、第一SiO₂膜层3和AF膜6，取低粘PET膜包覆产品；

8.测量Lab值，详见表1。

实施例4

测量实施例1、2和3镀膜后的黑色陶瓷的Lab值，结果见表1所示，从表1可以看出，在黑色陶瓷样品表面镀上AR膜后，L值明显变低，陶瓷黑度明显增加。

表1 不同程度的增黑样品

说明：L值越低，陶瓷越黑；a和b值越接近0，颜色越纯。

将原始黑色陶瓷样品、实施例1和2镀膜后的黑色陶瓷进行拍照，如图4所示，从图4中可以看出，镀AR膜后的黑色陶瓷的黑度明显增加。

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，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。