本发明涉及一种灰色氧化锆陶瓷原料组合物、灰色氧化锆陶瓷及其制备方法。
背景技术
二氧化锆由于具有优良的力学、热学及电学性能，在结构材料、光学材料、氧敏元件和燃料电池方面有着广泛的应用。近年来，灰色氧化锆陶瓷以其优异的机械性能及耐磨性能成为新宠材料，在装饰、电子产品等领域得到了广泛的应用。然而，现有的灰色氧化锆陶瓷难以加工，在加工过程中容易崩缺，使得成品率交底，从而限制了灰色氧化锆陶瓷的应用，且目前几乎没有灰色氧化锆陶瓷。
技术实现要素：
基于此，有必要提供一种加工时不容易崩缺的灰色氧化锆陶瓷原料组合物、灰色氧化锆陶瓷及其制备方法。
一种灰色氧化锆陶瓷原料组合物，包括氧化锆陶瓷主体材料及添加剂；所述添加剂包括氧化铝及氧化镓中的至少一种、氧化镍及氧化锰；所述灰色氧化锆陶瓷原料组合物中，所述氧化铝及氧化镓中的至少一种的质量百分含量为0.01％～20％，所述氧化镍的质量百分含量为0.01％～4％，所述氧化锰的质量百分含量为0.01％～3％。
上述灰色氧化锆陶瓷原料组合物，在氧化锆陶瓷主体材料中加入特殊配方的添加剂来改善加工性能，添加剂包括氧化铝及氧化镓中的至少一种、氧化铁及氧化钴，几种组分配比合理，能够使氧化锆的晶粒彼此坚固地结合，因此能够提高断裂韧性，使得强度和韧性达到很好的平衡，能够显著改善加工性能，经实验测定，灰色氧化锆陶瓷原料组合物制成的灰色氧化锆陶瓷的韧性和硬度匹配度较好，容易加工，不易出现崩缺；此外，氧化镍、氧化锰作为灰色色料的主要原料，能够在高温下协同发挥作用，形成具有尖晶石结构的灰色陶瓷，具有优异的高温稳定性，即使在1500℃的温度下也不会出现分解和色移，并且色度均匀；通过对上述氧化锆陶瓷主体材料及添加剂的比例进行调整能形成不同色调的灰色氧化锆陶瓷。
在其中一个实施例中，所述添加剂还包括氧化镁、氧化钙、氧化锌、氧化钡及氧化锶中的至少一种；所述灰色氧化锆陶瓷原料组合物中，所述氧化镁、氧化钙、氧化锌、氧化钡及氧化锶中的至少一种的质量百分含量为0.01～15％。
在其中一个实施例中，所述添加剂还包括氧化钇，所述灰色氧化锆陶瓷原料组合物中所述氧化钇的质量百分含量为2.5％～7.85％。
在其中一个实施例中，所述氧化镁、氧化钙、氧化锌、氧化钡及氧化锶中的至少一种的质量百分含量为0.1％～5％，所述氧化铝及氧化镓中的至少一种的质量百分含量为0.3％～6％，所述氧化镍的质量百分含量为0.1％～3％，所述氧化锰的质量百分含量为0.01％～1.6％，所述氧化钇的质量百分含量为3％～6.3％。
在其中一个实施例中，所述灰色氧化锆陶瓷原料组合物包括0.01％～10％的氧化铝。
在其中一个实施例中，所述氧化锆陶瓷主体材料为含有氧化铪的氧化锆。
在其中一个实施例中，所述灰色氧化锆陶瓷原料组合物为d50为0.05μm～1.50μm，比表面积为6m2/g～25m2/g的粉体。
上述的灰色氧化锆陶瓷原料组合物制备得到的灰色氧化锆陶瓷。
在其中一个实施例中，所述灰色氧化锆陶瓷换算成抛光后的0.5mm的等价厚度、550nm波长下的透光度＜20％，sci色度值为l≥43、-10≤a≤2、-10≤b≤6。
一种灰色氧化锆陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
将上述的灰色氧化锆陶瓷原料组合物混合均匀得到预混料；及
将所述预混料成型并烧结得到灰色氧化锆陶瓷。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式对灰色氧化锆陶瓷原料组合物、灰色氧化锆陶瓷及其制备方法进行进一步地详细说明。
一实施方式的灰色氧化锆陶瓷原料组合物，包括氧化锆陶瓷主体材料及添加剂。添加剂包括氧化镁、氧化钙、氧化锌、氧化钡及氧化锶中的至少一种、氧化铝及氧化镓中的至少一种、氧化镍及氧化锰。
氧化锆陶瓷主体材料主要为氧化锆。当然，为了改善氧化锆陶瓷主体材料的性能，还可能在氧化锆中混合一些其他组分。
在一些实施方式中，氧化锆陶瓷主体材料还包括氧化铪，氧化锆陶瓷主体材料为含有氧化铪的氧化锆。在其中一个实施例中，氧化锆陶瓷主体材料中氧化铪的质量百分含量为5％。
灰色氧化锆陶瓷原料组合物中氧化铝及氧化镓中的至少一种的质量百分含量为0.01％～20％。在其中一个实施例中，氧化铝及氧化镓中的至少一种的质量百分含量为0.3％～6％。当然在其他实施方式中，氧化铝及氧化镓中的至少一种的质量百分含量为1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％或19％。
在一些实施方式中，灰色氧化锆陶瓷原料组合物包括0.01％～10％的氧化铝。进一步的，灰色氧化锆陶瓷原料组合物中氧化铝的质量百分含量为1％～7％。当然在其他的实施例中，氧化铝的质量百分含量为1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％。
进一步的，灰色氧化锆陶瓷原料组合物中氧化镓的质量百分含量为1％～5％。当然在其他的实施例中，氧化镓的质量百分含量为0.5％、1％、2％、3％、4％或5％。
在一些实施方式中，添加剂还包括氧化镁、氧化钙、氧化锌、氧化钡及氧化锶中的至少一种。优选的，灰色氧化锆陶瓷原料组合物中，氧化镁、氧化钙、氧化锌、氧化钡及氧化锶中的至少一种的质量百分含量为0.01％～15％。
在其中一个实施例中，氧化镁、氧化钙、氧化锌、氧化钡及氧化锶中的至少一种的质量百分含量为0.1％～5％。当然在其他实施方式中，氧化镁、氧化钙、氧化锌、氧化钡及氧化锶中的至少一种的质量百分含量为0.1％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％或14％。
灰色氧化锆陶瓷原料组合物中，氧化镍的质量百分含量为0.01％～3％。在一些实施方式中，氧化镍的质量百分含量为0.1％～3％，当然在其他的实施例中，氧化镍的质量百分含量为0.1％、0.5％、1％、1.5％、2％或2.5％。
灰色氧化锆陶瓷原料组合物中，氧化锰的质量百分含量为0.01％～3％。在一些实施方式中，氧化锰的质量百分含量为0.01％～1.6％，当然在其他的实施例中，氧化锰的质量百分含量为0.1％、0.5％、1％、1.5％、2％或2.5％。
在一些实施方式中，添加剂还包括氧化钇。灰色氧化锆陶瓷原料组合物中氧化钇的质量百分含量为2.5％～7.85％。进一步的，灰色氧化锆陶瓷原料组合物中氧化钇的质量百分含量为3％～6.3％。当然在其他实施方式中，氧化钇的质量百分含量为3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％或7.5％。
在其中一个实施例中，灰色氧化锆陶瓷原料组合物为d50为0.05μm～1.50μm，比表面积为6m2/g～25m2/g的粉体。
需要说明的是，上述灰色氧化锆陶瓷原料组合物中，通过调整氧化锆陶瓷主体材料的含量，使得所有组分的总质量百分含量满足100％。
当然，为了进一步提升灰色氧化锆陶瓷的性能，还可以添加其他改性的组分，在此不一一赘述。
为了获得不同色调的灰色氧化锆陶瓷，可以对氧化锆陶瓷主体材料及添加剂的含量，以及添加剂的具体组成进行调整，从而得到不同色调的灰色氧化锆陶瓷。
上述灰色氧化锆陶瓷原料组合物，在氧化锆陶瓷主体材料中加入特殊配方的添加剂来改善加工性能，添加剂包括氧化镁、氧化钙、氧化锌、氧化钡及氧化锶中的至少一种、氧化铝及氧化镓中的至少一种、氧化镍及氧化锰，几种组分配比合理，能够使氧化锆的晶粒彼此坚固地结合，因此能够提高断裂韧性，使得强度和韧性达到很好的平衡，能够显著改善加工性能，经实验测定，灰色氧化锆陶瓷原料组合物制成的灰色氧化锆陶瓷的韧性和硬度匹配度较好，容易加工，不易出现崩缺。此外，氧化镍、氧化锰作为灰色色料的主要原料，能够在高温下协同发挥作用，形成具有尖晶石结构的黑色陶瓷，具有优异的高温稳定性，即使在1500℃的温度下也不会出现分解和色移，并且色度均匀；通过对上述氧化锆陶瓷主体材料及添加剂的比例进行调整能形成不同色调的灰色氧化锆陶瓷。
可以理解的是，上述描述的多个实施例的技术方案在不相互矛盾的情况下可以进行组合应用。
上述灰色氧化锆陶瓷组合物通过将氧化锆陶瓷主体材料与添加剂混合得到。
一实施方式的灰色氧化锆陶瓷，由上述灰色氧化锆陶瓷原料组合物制备得到。
在其中一个实施例中，灰色氧化锆陶瓷换算成抛光后的0.5mm的等价厚度、550nm波长下的透光度＜20％，sci色度值为l≥43、-10≤a≤2、-10≤b≤6。
上述灰色氧化锆陶瓷经实验测定，韧性和硬度匹配度较好，容易加工，不易出现崩缺。
上述灰色氧化锆陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
步骤s110、将灰色氧化锆陶瓷原料组合物混合均匀得到预混料。
灰色氧化锆陶瓷原料组合物为上述实施例描述的灰色氧化锆陶瓷原料组合物。
在其中一个实施例中，将氧化锆陶瓷主体材料及添加剂的各原料研磨充分混合得到预混料。进一步的，研磨可以为砂磨、球磨。更进一步的，球磨为湿法球磨或干法球磨。
在其中一个实施例中，添加剂通过将各原料对应的盐溶液与碱溶液混合进行沉淀反应，得到沉淀并煅烧得到。将陶瓷氧化锆陶瓷主体材料与添加剂混合后研磨得到预混料。进一步的，碱溶液为氢氧化钠溶液。盐溶液为氯化物溶液或硝酸盐溶液中的至少一种，此处对应的意思为，氧化铜对应的盐溶液为氯化铜溶液或硝酸铜溶液。进一步的，研磨可以为砂磨、球磨。更进一步的球磨为湿法球磨或干法球磨。
步骤s120、将预混料成型并烧结得到灰色氧化锆陶瓷。
在其中一个实施例中，将预混料造粒得到陶瓷粉体，冷等静压压制成型，之后烧结得到灰色氧化锆陶瓷。进一步的，冷等静压压制成型的压力为100mpa。进一步的，烧结的工艺参数为：以2℃/min的升温速率升至1430℃，保温1.5h进行烧结。
在其中一个实施例中，将预混料与聚丙烯树脂、硬脂酸和的石蜡混合得到母料，将母料混炼后注射成型得到素坯，之后将素坯进行排胶及烧结得到灰色氧化锆陶瓷。优选的，母料中，聚丙烯树脂的质量百分含量为8.5％，硬脂酸的质量百分含量为2％，石蜡为普通石蜡，石蜡的质量百分含量为6.5％。优选的，混炼的工艺参数为：180℃下混炼3小时。优选的，排胶的工艺参数为：以0.1℃/min的升温速率升至200℃、0.4℃/min的升温速率由200℃升至400℃，400℃保温2小时排胶。优选的，烧结的工艺参数为：以2℃/min升至1360℃保温1.5小时。
上述几种实施方式，仅仅示例性的列举了灰色氧化锆陶瓷的几种制备方法，需要说明的是，灰色氧化锆陶瓷不限于采用上述制备方法，可以采用业内其他制备方法制备。
上述灰色氧化锆陶瓷的制备方法，操作简单，制备得到的灰色氧化锆陶瓷在加工的过程中不易崩缺。改变了目前同类需求的灰色氧化锆陶瓷必须采用苛刻的制备方法才能避免崩缺的弊端。
以下为具体实施例。
以下实施例中的含量均为质量百分含量，份数为质量分数。以下实施例中如无特殊说明，则不包括除不可避免的杂质以外的其他未指出组分。
以下实施例中使用的氧化锆陶瓷主体材料为含有氧化铪的氧化锆；含有氧化铪的氧化锆中，氧化铪在所述含有氧化铪的氧化锆中的质量百分含量为5％。。
实施例1
灰色氧化锆陶瓷原料组合物的组成及氧化锆陶瓷主体材料的比表面积见表1。
将灰色氧化锆陶瓷原料组合物用球磨充分混合分散后干燥得到预混料；将预混料造粒得到陶瓷粉体；将陶瓷粉体用100mpa冷等静压压制成平板，后以2℃/min的升温速率升至1430℃，保温1.5h得到灰色氧化锆陶瓷。
实施例2
灰色氧化锆陶瓷原料组合物的组成及氧化锆陶瓷主体材料的比表面积见表1。
将灰色氧化锆陶瓷原料组合物用球磨充分混合分散后得到预混料，预混料与聚丙烯树脂、硬脂酸和普通石蜡在180℃下混炼3小时得到母料，母料中聚丙烯树脂的含量为8.5％，硬脂酸的含量为2％，普通石蜡的含量为6.5％。将母料注射成型。以0.1℃/min升温速率升至200℃、0.4℃/min由200℃升至400℃，400℃保温2小时排胶，再以2℃/min升至1360℃保温1.5小时得到灰色氧化锆陶瓷。
实施例3
向含ni(no3)2、al(no3)3、mn(no3)2、ca(no3)2的溶液中边搅拌边滴加过量naoh溶液，沉淀混合物洗涤烘干煅烧得色料粉。将色粉料、y2o3、氧化锆陶瓷主体材料混合得到灰色氧化锆陶瓷原料组合物。灰色氧化锆陶瓷原料组合物的组成及氧化锆陶瓷主体材料的比表面积见表1。
将灰色氧化锆陶瓷原料组合物用球磨充分混合分散后干燥得到预混料；将预混料造粒得到陶瓷粉体；将陶瓷粉体用100mpa冷等静压压制成平板，后以2℃/min的升温速率升至1450℃，保温1.5h得到灰色氧化锆陶瓷。
实施例4
灰色氧化锆陶瓷原料组合物灰色氧化锆陶瓷原料组合物的组成及氧化锆陶瓷主体材料的比表面积见表1。
将灰色氧化锆陶瓷原料组合物用球磨充分混合分散后得到预混料，预混料与聚丙烯树脂、硬脂酸和普通石蜡在170℃下混炼3小时得到母料，母料中聚丙烯树脂的含量为6％，硬脂酸的含量为1.5％，普通石蜡的含量为7％。将母料注射成型。以0.1℃/min升温速率升至200℃、0.4℃/min由200℃升至400℃，400℃保温2小时排胶，再以2℃/min升至1400℃保温2小时得到灰色氧化锆陶瓷。
实施例5
灰色氧化锆陶瓷原料组合物的组成及氧化锆陶瓷主体材料的比表面积见表1。
将灰色氧化锆陶瓷原料组合物用球磨充分混合分散后干燥得到预混料；将预混料造粒得到陶瓷粉体；将陶瓷粉体用100mpa冷等静压压制成平板，后以2℃/min的升温速率升至1480℃，保温2h得到灰色氧化锆陶瓷。
实施例6
灰色氧化锆陶瓷原料组合物的组成及氧化锆陶瓷主体材料的比表面积见表1。
将灰色氧化锆陶瓷原料组合物用球磨充分混合分散后干燥得到预混料；将预混料造粒得到陶瓷粉体；将陶瓷粉体用100mpa冷等静压压制成平板，后以2℃/min的升温速率升至1480℃，保温2h得到灰色氧化锆陶瓷。
实施例7
灰色氧化锆陶瓷原料组合物的组成及氧化锆陶瓷主体材料的比表面积见表1。
将灰色氧化锆陶瓷原料组合物用球磨充分混合分散后干燥得到预混料；将预混料造粒得到陶瓷粉体；将陶瓷粉体用100mpa冷等静压压制成平板，后以2℃/min的升温速率升至1480℃，保温2h得到灰色氧化锆陶瓷。
将0.5mm厚的实施例1～7制备的灰色氧化锆陶瓷片抛光后放入分光光度计中，测量其550nm范围内的可见光透过率，利用色彩计求出利用d65光源的cie(国际照明委员会)的l*、a*、b*色度值，结果见表1。采用排水法密度测试仪测试相对密度，采用万能材料拉力机测试四点弯曲强度，采用恒温恒湿箱和xrd测试老化性能(以单斜相含量评价)，采用senb法测试断裂韧性，采用维氏硬度计测试硬度，结果见表1。
表1
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。