專利名稱：藍(lán)色稀土鋯陶瓷粉及其制造和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陶瓷材料，尤其涉及一種彩色陶瓷材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷材料具有硬度大、強(qiáng)度高、韌性好、抗磨損和抗劃傷性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用在高精密度、高耐磨損、高可靠度機(jī)械零部件或電子元器件行業(yè)、航天航空、光電通信、軍工高端產(chǎn)品等高科技領(lǐng)域。由于其還具有與天然寶石相近的致密度、質(zhì)感和硬度等特征，已成為陶瓷種表配件、各種裝飾品和陶瓷刀等高檔民用領(lǐng)域的新寵材料。但由于稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷材料本身呈白色，色調(diào)單一，無法滿足各種民用領(lǐng)域各種高檔制品的要求，所以彩色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷成為其在民用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的研發(fā)重點(diǎn)。公開號(hào)為101475374的中國(guó)專利“一種粉藍(lán)色氧化鋯陶瓷制備方法及所制得的產(chǎn)品”公布了一種粉藍(lán)色氧化鋯陶瓷，其采用在氧化鋯粉體中添加氧化鈷、二氧化硅、氧化鋁、 五氧化二釩、氧化鎂，經(jīng)過球磨、干燥、過篩、混煉、注射、溶劑脫脂、熱脫脂、燒成、粗加工、精加工、拋光制備出粉藍(lán)色氧化鋯陶瓷及制品，但由于其添加較多的二氧化硅、五氧化二釩和氧化鎂，這些氧化物在氧化鋯的燒結(jié)階段，在相對(duì)較低的溫度下生成液相，并聚集形成熔池，降溫時(shí)，析出的氧化物晶體尺寸異常長(zhǎng)大，或者在氧化鋯晶界處呈玻璃相保存，這些異常長(zhǎng)大的晶體和玻璃相嚴(yán)重降低材料料韌性、強(qiáng)度和硬度；且部分加入的氧化鈷不能進(jìn)入氧化鋯晶格，在晶界處析出或成玻璃相，一方面降低氧化鋯陶瓷的物理性能，另一方面在使用時(shí)還存在重金屬元素易溶出的安全隱患；前述粉藍(lán)色氧化鋯及目前市售氧化鋯制品均未添加釓元素，隨時(shí)間增加，氧化鋯制品的抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性等性能不同程度地下降，其抗老化性能較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種制備工藝簡(jiǎn)單、使用安全的高性能藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷材料及其制備方法。本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)，采用的技術(shù)方案為采用CoAl2O4作為發(fā)色添加劑，代替直接添加CoO，能夠避免在燒制結(jié)束后，氧化鈷的析出，從而避免使用中鈷金屬離子的溶出，給安全使用帶來隱患；采用CoAl2O4使鈷固定在晶格處，從而使發(fā)色飽和，使用安全；添加A1203、 Gd203、La2O3和IO3，增加材料的韌性和抗老化性能，延長(zhǎng)材料的使用壽命和應(yīng)用范圍；用 CeO2,Pr6O11,Nd2O3^Tb4O7調(diào)整藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷制品的發(fā)色。在鋯陶瓷中添加少量Gd2O3， 使釓原子進(jìn)入氧化鋯晶格，可以起到抵消鋯陶瓷晶格由于釔原子進(jìn)入晶格引起的歧變，從而增強(qiáng)鋯陶瓷的抗老化性能。本發(fā)明的藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷粉，按干基重量份計(jì)由CoAl2O4O. 1 10及以氧化物計(jì) 1033· O 8. O、Gd2O3O. 01 3、La2O3O 3、CeO2O 3、Pr6O11O 0. 1、Nd2O3O 0. 1、 Tb4O7O 0. 1、Al2O3O 3、Zr0270-95及粘接劑0 20、分散劑0 2組成，外觀呈藍(lán)色粉末。
本發(fā)明的藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷粉優(yōu)選方案為粒度D5tl = 0. 4 μ m 40 μ m，粒度分布系數(shù)為(D75-D25)/(D75+D25) ( 0. 5，粘接劑為PVA，分散劑為CMC。本發(fā)明藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷粉制備方法，包括以下步驟步驟一按配比將粉狀物料CoA1204、Gd203、La2O3> CeO2, Pr6O11, Nd2O3> Tb4O7, A1203、 Y2O3> ZrO2,或 CoAl2O4 與稀土鋯陶瓷粉及 Gd203、La203> CeO2, Pr6O11, Nd203、Tb4O7, Al2O3,或 CoAl2O4 與稀土鋯陶瓷前驅(qū)體及 Gd2O^Lii2OrCeO2Jr6O1PNd2O3Jb4Op Al2O3,或 CoAl2O4 與稀土鋯陶瓷中間體及Gd203、La203> CeO2, Pr6O11, Nd2O3> Tb4O7, Al2O3,與去離子水球磨成為D50 = 0. 4μπι 1. Oym 的漿料一。步驟二 在漿料一中加入PVA、CMC繼續(xù)球磨得漿料二，所述PVA、CMC與各氧化物總重量的重量比為粘接劑/ Σ氧化物=0 20 100，分散劑/ Σ氧化物=0 2 100 ；步驟三將漿料二干燥后粉碎得到粒度D5tl彡0.4μπκ粒度分布系數(shù)(D75-D25)/ (D75+D25) ^ 0.5的藍(lán)色稀土鋯造粒粉，或輸入噴霧造粒機(jī)進(jìn)行噴霧造粒，得到粒度 D50彡10 μ m，粒度分布系數(shù)(D75-D25)/(D75+D25) ( 0. 5的藍(lán)色稀土鋯造粒粉。本發(fā)明藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷粉的另一制備方法，包括以下步驟步驟甲將氧氯化鋯與去離子水配成溶液，與Y、Co、Al、La、Gd、Ce、Pr、Nd、Tb、Al 等元素溶液按配方加入到反應(yīng)釜攪拌混勻成混合料液。步驟乙用沉淀劑沉淀混合料液，經(jīng)過濾、洗滌后得到藍(lán)色稀土鋯陶瓷前驅(qū)體，所述沉淀劑為氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸氫銨、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸鈉、碳酸鉀中的至少一種溶液。步驟丙灼燒步驟乙所得前驅(qū)體，得到藍(lán)色稀土鋯陶瓷中間體；前驅(qū)體中的部分鈷氫氧化物或鈷的碳酸鹽與氫氧化鋁混合在一起，灼燒時(shí)轉(zhuǎn)化為CoAl2O4存在于藍(lán)色稀土鋯陶瓷中間體中。相關(guān)化學(xué)反應(yīng)方程式Co (OH) 2+2A1 (OH) 3 — CoAl2O4CoC03+2A1 (OH) 3 — CoAl2O4步驟丁 將步驟丙所得藍(lán)色稀土鋯氧化物中間體經(jīng)粉碎后得到D5tl彡0.4μπκ Sbet =20 的藍(lán)色稀土鋯氣流粉；步驟戊將步驟丁所得藍(lán)色稀土鋯氣流粉與去離子水混合并球磨均勻，加入 PVA、CMC充分混勻后用噴霧造粒機(jī)進(jìn)行噴霧造粒，得到粒度D5tl ^ 10 μ m，粒度分布系數(shù) (D75-D25)/(D75+D25) ( 0. 5 的藍(lán)色稀土鋯造粒粉。由于此方法生成的CoAl2O4相對(duì)較少，顯色效果較直接添加CoAl2O4略弱。可以繼續(xù)添加部分CoAl2O4以增強(qiáng)顯色效果。本發(fā)明藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷粉制備的藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷，由CoAl2O4O. 1 10. Owt%及以氧化物計(jì) &033· O 8. 0w%, Gd2O3O. 01 3wt%、La2O3O 3wt%、CeO2O 3wt%,Pr6O11O 0. 1 wtNd2O3O 0. IwtTb4O7O 0. Iwt%^Al2O3O 3wt%、余量 ZrO2 組成，呈整體藍(lán)色，斷裂韌性彡4MPa · m1/20本發(fā)明藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷的制備方法，包括將藍(lán)色稀土鋯造粒粉進(jìn)行干壓成型得到生坯，經(jīng)1400°C 1550°C燒結(jié)后的毛坯經(jīng)過加工等步驟得到藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷成品。
在排膠及灼燒過程中藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷粉中的粘接劑、分散劑等有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)?CO2、水等物質(zhì)逸出。本發(fā)明藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷的另一制備方法，包括以下步驟將藍(lán)色稀土鋯氣流粉或造粒粉進(jìn)行注射成型得到生坯，排膠后燒結(jié)的毛坯經(jīng)過加工得到藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷成品。本發(fā)明藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷的優(yōu)選制備方法，包括以下步驟步驟A 將過硫酸銨配成50 55wt %過硫酸銨水溶液；步驟B:按重量比PP PE 過硫酸銨=40 40 10 11配制PP、PE和過硫酸銨水溶液引發(fā)劑；步驟C 將PP、PE和過硫酸銨水溶液引發(fā)劑與藍(lán)色稀土鋯氣流粉配成藍(lán)色稀土鋯氣流粉含量為50-55wt%的藍(lán)色稀土鋯漿料并攪拌均勻；步驟D 將藍(lán)色稀土鋯漿料注入模具型腔中，制得具有抗壓強(qiáng)度超過IMPa的藍(lán)色稀土鋯陶瓷濕坯體；步驟E 將藍(lán)色稀土鋯陶瓷濕坯體采用雙溶劑脫脂技術(shù)脫除PP、PE和引發(fā)劑，然后升溫至1400°C 1550°C、保溫4-5小時(shí)燒結(jié)得到藍(lán)色稀土鋯陶瓷燒結(jié)體；步驟F:將藍(lán)色稀土鋯陶瓷燒結(jié)體經(jīng)機(jī)加工及拋磨得到藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷產(chǎn)品。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明增加了鋯陶瓷產(chǎn)品種類，豐富了市場(chǎng)，典雅的藍(lán)色陶瓷制品，提高人們的生活品質(zhì)；添加多種稀土元素，增強(qiáng)了氧化鋯陶瓷制品的抗老化等性能，擴(kuò)大了稀土的應(yīng)用領(lǐng)域；采用CoAl2O4作為發(fā)色添加劑，藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷的鈷離子溶出量小，提高了產(chǎn)品使用的安全性，生產(chǎn)的藍(lán)色氧化鋯陶瓷刀等日用產(chǎn)品適合與食物接觸；其強(qiáng)度也得到了提高， 使得產(chǎn)品以鮮艷的色彩和使用安全而被人們接受，拓寬了材料的使用范圍。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 9按下表配料表1實(shí)施例配料表(單位kg)
權(quán)利要求
1.一種藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷粉，其特征在于按干基重量份計(jì)由CoAl2O4O. 1 10及以氧化物計(jì) 1033· O 8. O、Gd2O3O. 01 3、La2O3O 3、CeO2O 3、Pr6O11O 0. 1、Nd2O3O 0.1、Tb4O7O 0. 1、Al2O3O 3、Zr0270-95及粘接劑0 20、分散劑0 2組成，外觀呈藍(lán)色粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷粉，其特征在于，粒度為D5tl= 0. 4 μ m 40 μ m,粒度分布系數(shù)為(D75-D25) / (D75+D25)彡0. 5，所述粘接劑為PVA，分散劑為CMC。
3.如權(quán)利要求1或2所述藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷粉制備方法，其特征在于包括以下步驟步驟一按配比將粉狀物料 CoA1204、Gd203、La2O3> CeO2, Pr6O11, Nd2O3> Tb4O7, A1203、Y2O3> ZrO2,或 CoAl2O4 與稀土鋯陶瓷粉及 Gd2O^Lii2OrCeO2Jr6O1PNd2O3Jb4OpAl2O3,或 CoAl2O4 與稀土鋯陶瓷前驅(qū)體及 Gd203、La203> CeO2, Pr6O11, Nd2O3> Tb4O7, Al2O3,或 CoAl2O4 與稀土鋯陶瓷中間體及 Gd203、L￡i203、Ce02 Jr6O11Jd2O^ Tb407、Al203，與去離子水球磨成為 D50 = 0. 4 μ m 1.0 μ m的漿料一；步驟二 在漿料一中加入PVA、CMC繼續(xù)球磨得漿料二，所述粘接劑、分散劑與各氧化物總重量的重量比為粘接劑/ Σ氧化物=0 20 100，分散劑/ Σ氧化物=0 2 100； 步驟三將漿料二干燥后粉碎得到粒度D5tl彡0.4μπκ粒度分布系數(shù)(D75-D25)/ (D75+D25) ( 0.5的藍(lán)色稀土鋯造粒粉，或輸入噴霧造粒機(jī)進(jìn)行噴霧造粒，得到粒度 D50彡10 μ m，粒度分布系數(shù)(D75-D25)/(D75+D25) ( 0. 5的藍(lán)色稀土鋯造粒粉。
4.如權(quán)利要求1或2所述藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷粉的制備方法，其特征在于包括以下步驟步驟甲將氧氯化鋯或硝酸氧鋯與去離子水配成溶液，與Y、Co、Al、La、Gd、Ce、Pr、Nd、 Tb、Al元素溶液按配方加入到反應(yīng)釜攪拌混勻成混合料液；步驟乙用沉淀劑沉淀混合料液，經(jīng)過濾、洗滌后得到藍(lán)色稀土鋯陶瓷前驅(qū)體，所述沉淀劑為氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸氫銨、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸鈉、碳酸鉀中的至少一種溶液；步驟丙灼燒步驟乙所得前驅(qū)體，得到稀土鋯陶瓷中間體；步驟丁 將步驟丙所得藍(lán)色稀土鋯氧化物中間體經(jīng)粉碎后得到D5tl > 0. 4 μ m的藍(lán)色稀土鋯氣流粉；步驟戊將步驟丁所得藍(lán)色稀土鋯氣流粉與去離子水混合并球磨均勻，加入PVA、CMC、 充分混勻后用噴霧造粒機(jī)進(jìn)行噴霧造粒，得到粒度D5tl ^ 10 μ m，粒度分布系數(shù)(D75-D25)/ (D75+D25) ^ 0. 5的藍(lán)色稀土鋯造粒粉。
5.如權(quán)利要求1或2所述藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷粉制備的藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷，其特征在于由 CoAl2O4O. 1 10. Owt %及以氧化物計(jì) Υ2033· 0 8. 0w%、Gd2O3O. 01 3wt%、 La2O3O 3wt%、CeO2O 3wt%,Pr6O11O 0. Iwt%、Nd2O3O 0. IwtTb4O7O 0. Iwt%> Al2O3O 3wt%、余量^O2組成，呈整體藍(lán)色，斷裂韌性彡4MPa · m1氣
6.如權(quán)利要求5所述藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷的制備方法，其特征在于將藍(lán)色稀土鋯造粒粉進(jìn)行干壓成型得到生坯，經(jīng)1400°C 1550°C燒結(jié)后的毛坯經(jīng)過加工得到藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷成品。
7.如權(quán)利要求5所述藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷的制備方法，其特征在于包括以下步驟將藍(lán)色稀土鋯氣流粉或造粒粉進(jìn)行注射成型得到生坯，排膠后燒結(jié)的毛坯經(jīng)過加工得到藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷成品。
8.如權(quán)利要求7所述藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷的制備方法，其特征在于包括以下步驟 步驟A 將過硫酸銨配成50 55wt%過硫酸銨水溶液；步驟B:按重量比PP PE 過硫酸銨=40 40 10 11配制PP、PE和過硫酸銨水溶液引發(fā)劑；步驟C 將PP、PE和過硫酸銨水溶液引發(fā)劑與藍(lán)色稀土鋯氣流粉配成藍(lán)色稀土鋯氣流粉含量為50-55wt%的藍(lán)色稀土鋯漿料并攪拌均勻；步驟D 將藍(lán)色稀土鋯漿料注入模具型腔中，以壓力70-100kN，保壓2-3分鐘，制得具有抗壓強(qiáng)度> IMPa的藍(lán)色稀土鋯陶瓷濕坯體；步驟E 將藍(lán)色稀土鋯陶瓷濕坯體采用雙溶劑脫脂技術(shù)脫除PP、PE和引發(fā)劑，然后升溫至1400°C 1550°C、保溫4-5小時(shí)燒結(jié)得到藍(lán)色稀土鋯陶瓷燒結(jié)體；步驟F 將藍(lán)色稀土鋯陶瓷燒結(jié)體經(jīng)機(jī)加工及拋磨得到藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種藍(lán)色稀土鋯陶瓷粉及其制造和應(yīng)用，采用CoAl2O4、稀土氧化物、Al2O3、ZrO2、稀土鋯陶瓷粉、稀土鋯陶瓷前驅(qū)體、稀土鋯陶瓷中間體及水等物料球磨成漿料，再加入PVA、CMC等粘接劑和分散劑混合均勻，制得按干基重量份計(jì)由CoAl2O40.1～10、以氧化物計(jì)Y2O33.0～8.0、Gd2O30.01～3、La2O30～3、CeO20～3、Pr6O110～0.1、Nd2O30～0.1、Tb4O70～0.1、Al2O30～3、ZrO270-95及粘接劑0～20、分散劑0～2組成的，外觀呈藍(lán)色的藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷粉。將藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷粉經(jīng)成型、灼燒、機(jī)加工及拋磨制得藍(lán)色稀土鋯結(jié)構(gòu)陶瓷產(chǎn)品。本發(fā)明增加了典雅的藍(lán)色鋯陶瓷產(chǎn)品種類，以鮮艷的色彩和使用安全的特點(diǎn)被人們接受，提高了生活品質(zhì)，增強(qiáng)了鋯陶瓷制品的抗老化等性能，擴(kuò)大了稀土的應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C04B35/63GK102557629SQ201110451558
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者劉革命, 彭牛生, 李聯(lián)和, 楊惠明, 王文平, 謝楠, 鐘曉林, 龔斌 申請(qǐng)人:贛州虔東稀土集團(tuán)股份有限公司