中国粉体网讯 5G时代，手机产业迎来革新，氧化锆陶瓷从这一轮技术洗牌中脱颖而出，成了手机背板“宠儿”。2018年，小米MIX2S翡翠色的发布，开创了智能手机彩色陶瓷时代，彩色氧化锆也被渐渐大众所认识。
彩色氧化锆产品，来源：江苏福瑞思
随着电子通信的发展和人民生活水平的提高，彩色氧化锆陶瓷基于其良好的生物相容性，优良的金属光泽，良好的机械性能在我们日常生活中得到了越来越广泛的应用，包括医学牙科修复材料，装饰品行业和移动智能手机终端等领域。但想给氧化锆点“颜色”看看，可不是那么容易的。
彩色氧化锆的制备：一山难容二虎
目前，市面上我们能看到的彩色氧化锆，主要是因为添加了不同的稀土元素、金属元素及氧化物等材料，而呈现出丰富的颜色。而彩色氧化锆之所以制备困难，原因在于氧化锆陶瓷的烧结温度通常在1550~1650℃之间，高温下很多的色料或着色剂会分解、挥发而失去效果，所以单纯地添加色料或者着色剂来制备色彩鲜艳的氧化锆陶瓷比较困难。此外，色料的分解会妨碍陶瓷制品的致密性，大大降低陶瓷材料本身的韧性，影响成品质量。因此，彩色陶瓷制备以及对新型颜色种类的开发是行业内重点关注的问题，色泽鲜艳无毒害且力学性能较好的彩色陶瓷具有非常广泛的市场应用前景。
彩色陶瓷的“命门”：粉体控制和烧结技术
1.粉体质量的把控是关键
彩色氧化锆的制备本质上是为了着色剂可以均匀分布在氧化锆基体中，对于复合陶瓷来讲尤其是纳米复合陶瓷，由于色剂颗粒和氧化锆基体粒径小、比表面积大、颗粒间存在较大的静电引力和范德华力，致使色剂颗粒与氧化锆基体颗粒容易发生团聚，此现象不仅会导致纳米复合陶瓷色度不均，还会影响其力学性能。
那么，如何使色剂颗粒均匀分散在氧化锆基体中，制备出力学性能和色度兼优的彩色氧化锆陶瓷，其关键就在于能否克服粉体颗粒间的团聚。要想制备出性能良好，颜色多样的氧化锆陶瓷，必须要找到合适的分散方法，常用的有以下几种制备方法有：
固相混合法：该法是工业上采用最多的制备彩色氧化锆陶瓷的方法，将着色剂、矿化剂等氧化物颗粒按照一定化学配比，与稳定氧化锆纳米粉体进行混合、球磨，固体颗粒晶粒在此过程中被细化，发生了利于实现低温化学反应的微裂纹、晶格扭曲、表面能升高等现象，具有工艺简单、成本低廉、操作方便、易工业化等优点。但该法无法克服纳米颗粒团聚的问题。
化学共沉淀法：该法是利用锆盐、稳定剂盐和着色离子盐溶液混合后，通过与碱或者碳酸盐等的反应，共同生成氢氧化物或者碳酸盐沉淀，然后加热分解而获得氧化锆复合粉体，该工艺比较复杂，但获得的粉末纯度高、性能优良，同时，采用化学沉淀法时必须要注意一个问题，就是硬团聚的形成。
液相浸渗法：该是一种新型制备彩色氧化锆陶瓷的方法，此法优点在于：色剂离子可均匀分散在氧化锆基体中，同时能够制备复合材料和梯度材料。此外，运用注射成型可获得不同形状的氧化锆坯体，再通过液相浸渗法可制备出不同形状的彩色氧化锆陶瓷。
2.烧结方式
除了制备方法的不同影响氧化锆粉体的性能，烧结方式同样也会影响彩色氧化锆陶瓷的性能以及颜色。随着学科交叉以及科技水平的提升，除了传统烧结方式也出现了许多新型的烧结方法：
■ 放电等离子烧结法
有学者做测试，用放电等离子烧结制备中，该法对氧化锆陶瓷韧性影响最大的是烧结温度，其次是烧结时间，经测试最佳烧结温度是1400℃，最佳烧结时间是5分钟，经该法烧结出来的氧化锆陶瓷硬度和断裂韧性很高。
■ 微波烧结
微波烧结相较于传统烧结方式有着不可替代的优势，微波烧结是一种整体形式的加热方式，材料把吸收的微波能量转化为分子间的动能以及热能，达到材料整体加热的效果，材料内部温度梯度较小，所以很少导致材料由于受热不均导致开裂。该烧结方式制备的氧化锆物理性能更优异。
彩色氧化锆颜色分类
为满足彩色氧化锆陶瓷颜色多变，性能稳定，材料及制备工艺绿色无污染的需求，国内外研发了十余种彩色氧化锆。
彩色氧化锆，来源：内蒙古晶陶锆业有限公司
■ 红色陶瓷体系
红色陶瓷的研究状况一直不太顺利，主要原因在于色料成分不稳定，无法承受高温，或者色料显现鲜艳但含有对人体有害的物质，再者就是较为稳定且不含人体有害物质，但颜色并不鲜艳。有研究发现，将氧化铁(Fe2O3)作为着色剂，以3YSZ为基体，制备出橙红色的彩色氧化锆陶瓷，红度值最高可达到20，并伴随着较高的黄度值，其颜色并不能满足红色的要求，并且氧化铁的加入，极大地降低了3YSZ体系的力学性能，断裂韧性仅可达到5.0-6.0MPam1/2，极大地限制了在工业上的应用，由此，红色陶瓷也成为无法实现大批量生产的、最稀有的一种陶瓷。
9月25日，华为发布新品：华为Mate 60 RS 非凡大师，其选用了红色陶瓷设计，可谓是新的突破。据介绍，华为在红色陶瓷烧结过程中首次加入了CeO2稀土元素，历时60天的精工细作，经过1400℃高温煅烧、50余道制作工序，将这抹“红”固定在特定参数下，打造内外如一的通体红色，成为红色陶瓷在手机行业中首次量产、商用的里程碑。
华为Mate 60 RS 非凡大师，来源：华为官网
由此可见，通过调整掺入稀土元素的种类，可以改变其颜色明度色调等，掺杂稀土的色料具有颜色稳定耐高温等特性，稀土元素的特殊电子层构成同样对于陶瓷显色有着重要的意义，因此稀土掺杂的氧化锆陶瓷显色无疑会成为未来彩色陶瓷色料研究中的重点。
■ 黑色陶瓷体系
随着陶瓷发展，人们在黑釉料的基础上做了很多改进，形成了目前日常生活中随处可见的黑色陶瓷色料。近年来，由于化工原料氧化钴来源稀缺，价格昂贵，为了降低成本，人们使用MnO2、Fe2O3、Cr2O3为原料制备的无钴黑色氧化锆陶瓷着色剂，烧成三种不同色系的尖晶石，形成呈深褐色的铬铁尖晶石，呈暗红色的铁锰尖晶石，呈暗绿色的铬锰尖晶石，通过调节配料比控制各尖晶石含量，三种颜色相互影响，就可制得呈色稳定的黑色着色剂，而且极大的降低了成本，经济效益得到提高。
黑色氧化锆陶瓷，来源：深圳市康柏工业陶瓷有限公司
然而，在黑色氧化锆陶瓷的制备过程中，复相的尖晶石结构容易与氧化锆基体反应，破坏尖晶石结构，相稳定性降低，陶瓷容易开裂，成型困难。此外，还原氧化锆粉体制备的色料颜色为灰黑色，这也为亮黑色的制备带来了更大的挑战。
■ 蓝色陶瓷体系
钴是最早被开发出来用于蓝色釉料的元素，一直到目前为主，工业上依然主要依靠氧化钴(CO2O3)来合成蓝色尖晶石化合物色料进一步制备蓝色陶瓷。
目前蓝色色系的陶瓷颜料主要有以钒锆蓝色料为着色剂、钴铝尖晶石、镍铝尖晶石以及使用其他离子替代钴离子位置的尖晶石类的着色剂、六铝酸盐以及镧系着色剂为代表的相关着色剂，在保证显色性能和力学性能的基础上，继续探索环境友好以及经济的蓝色色系着色剂仍是目前研究方向的重点。
参考来源：
李洪超：美学氧化锆陶瓷的制备与性能研究
吕浩东：稀土掺杂氧化锆陶瓷的制备及显色机理研究
陈蓓：彩色氧化锆陶瓷烧结工艺研究
韩丹等：稀土彩色氧化锆陶瓷的研究进展
先进陶瓷在线：市面上“五颜六色”的氧化锆陶瓷加工难度在哪?
丁钰轩等：彩色氧化锆的研究现状及展望.佛山陶瓷
凤凰网财经、中国粉体网
（中国粉体网编辑整理/空青）
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