La zirconia colorata mostra colori intensi principalmente a causa dell'aggiunta di diversi elementi di terre rare, elementi metallici, ossidi e altri materiali. Grazie alla sua buona biocompatibilità, all'eccellente lucentezza metallica e alle buone proprietà meccaniche, la ceramica colorata di zirconio è stata utilizzata sempre più ampiamente nella vita quotidiana, compresi materiali di restauro medico e dentale, industrie di decorazione, terminali mobili per smartphone e altri campi.
Preparazione della ceramica di zirconio colorata
La preparazione della zirconia colorata avviene essenzialmente in modo che il colorante possa essere distribuito uniformemente nella matrice di zirconio. Per le ceramiche composite, in particolare le ceramiche nanocomposite, a causa delle dimensioni ridotte delle particelle, dell'ampia area superficiale specifica e della grande attrazione elettrostatica e forza di van der Waals tra le particelle del toner e le particelle della matrice di ossido di zirconio, è facile che le particelle del toner e lo zirconio le particelle della matrice di ossido si agglomerano, il che non solo causerà un colore non uniforme della ceramica nanocomposita, ma influenzerà anche le sue proprietà meccaniche.
Pertanto, la chiave per preparare ceramiche di zirconio colorate con eccellenti proprietà meccaniche e cromaticità risiede nella capacità di superare l’agglomerazione tra le particelle di polvere. Per preparare ceramiche di zirconio con buone prestazioni e vari colori, è necessario trovare un metodo di dispersione adatto. Vengono comunemente utilizzati i seguenti metodi di preparazione:
Miscelazione della fase solida
Questo metodo è il metodo più comunemente utilizzato nel settore per la preparazione di ceramiche colorate in zirconio. Le particelle di ossido come coloranti e mineralizzanti vengono miscelate e macinate a palle con nanopolvere di zirconio stabile secondo un determinato rapporto chimico. Le particelle solide vengono quindi raffinate durante questo processo e si verificano fenomeni come micro-fessure, distorsione del reticolo e aumento dell'energia superficiale che sono utili per realizzare reazioni chimiche a bassa temperatura. Presenta i vantaggi di un processo semplice, basso costo, funzionamento conveniente e facile industrializzazione. Tuttavia, questo metodo non può superare il problema dell’agglomerazione delle nanoparticelle.
Co-precipitazione chimica
Questo metodo consiste nell'utilizzare sale di zirconio, sale stabilizzante e soluzione di sale ionico colorato per miscelare, reagire con alcali o carbonato, ecc. per generare congiuntamente precipitazioni di idrossido o carbonato, quindi riscaldare e decomporsi per ottenere polvere composita di ossido di zirconio. . Il processo è relativamente complesso, ma la polvere ottenuta ha elevata purezza e prestazioni eccellenti. Allo stesso tempo è necessario prestare attenzione alla formazione di agglomerati duri quando si utilizza il metodo della precipitazione chimica.
Infiltrazione in fase liquida
Il vantaggio di questo metodo è che gli ioni coloranti possono essere dispersi uniformemente nella matrice di zirconio e allo stesso tempo possono essere preparati materiali compositi e materiali gradienti. Inoltre, è possibile utilizzare lo stampaggio a iniezione per ottenere corpi verdi di zirconio di diverse forme, quindi è possibile preparare ceramiche di zirconio colorate di diverse forme attraverso l'infiltrazione in fase liquida.
Sinterizzazione di ceramiche di zirconio colorate
Il metodo di sinterizzazione influisce anche sulle prestazioni e sul colore delle ceramiche di zirconio colorate. Con la disciplina trasversale e il miglioramento del livello scientifico e tecnologico, oltre ai tradizionali metodi di sinterizzazione, sono emersi molti nuovi metodi di sinterizzazione:
Sinterizzazione al plasma Spark
La maggiore influenza di questo metodo sulla tenacità della ceramica di zirconio è la temperatura di sinterizzazione, seguita dal tempo di sinterizzazione. Dopo il test, la temperatura di sinterizzazione ottimale è di 1400 gradi e il tempo di sinterizzazione ottimale è di 5 minuti. Le ceramiche di zirconio sinterizzate con questo metodo hanno elevata durezza e resistenza alla frattura.
Sinterizzazione a microonde
La sinterizzazione a microonde presenta vantaggi insostituibili rispetto ai metodi di sinterizzazione tradizionali. È un metodo di riscaldamento generale. Il materiale converte l'energia delle microonde assorbita in energia cinetica intermolecolare ed energia termica per ottenere l'effetto del riscaldamento complessivo del materiale. Il gradiente di temperatura interna del materiale è piccolo, quindi raramente provoca rotture del materiale a causa di un riscaldamento non uniforme. . Le proprietà fisiche della zirconia preparata con questo metodo di sinterizzazione sono migliori.
Classificazione del colore delle ceramiche di zirconio colorate
Sistema Rosso
Alcuni studi hanno scoperto che l'ossido di ferro (Fe2O3) viene utilizzato come colorante e 3YSZ viene utilizzato come matrice per preparare ceramiche di zirconio di colore rosso-arancio. Il valore di rossore può arrivare fino a 20 e, accompagnato da un elevato valore di giallo, il suo colore non è in grado di soddisfare i requisiti del rosso e l'aggiunta di ossido di ferro riduce notevolmente le proprietà meccaniche del sistema 3YSZ, limitandone notevolmente l'applicazione industriale. Pertanto, la ceramica rossa è diventata il tipo di ceramica più raro che non può essere prodotto in serie.
Sistema Nero
Poiché la materia prima chimica ossido di cobalto è scarsa e costosa, al fine di ridurre i costi, le persone utilizzano coloranti ceramici di zirconio nero privi di cobalto preparati da MnO2, Fe2O3 e Cr2O3 come materie prime per bruciare lo spinello in tre diversi colori, cioè scuro Spinello ferrocromo marrone, spinello ferromanganese rosso scuro, spinello manganese cromo verde scuro. Regolando la proporzione degli ingredienti per controllare il contenuto di ciascuno spinello e facendo interagire i tre colori tra loro, è possibile produrre un colorante nero stabile, che riduce notevolmente i costi e migliora i vantaggi economici.
Sistema Blu
Allo stato attuale, i pigmenti ceramici blu includono principalmente materiale blu di vanadio-zirconio come colorante, spinello di cobalto-alluminio, spinello di nichel-alluminio e coloranti di tipo spinello che utilizzano altri ioni per sostituire la posizione degli ioni di cobalto, esaalluminato Coloranti correlati rappresentati da coloranti di sale e lantanio , sulla base della garanzia di prestazioni di resa cromatica e proprietà meccaniche, continuare a esplorare coloranti blu rispettosi dell'ambiente ed economici sono ancora al centro delle attuali direzioni di ricerca.
