着色ジルコニアセラミックスの作製方法

酸化ジルコニウムセラミックスは、高強度、高靱性、耐摩耗性、耐食性などに優れた特性を持ち、金型、切削工具、その他の用途に広く使用されています。セラミックベアリング、電子部品、生体材料等の分野。現在、ジルコニアセラミックスは電子製品の分野、特に携帯電話のバックプレーンとして広く使用されていますが、その単色では用途が限られており、構造デバイスの外観に対する人々の要求を満たすことができないため、豊かでカラフルな色の開発が可能になります。ジルコニアセラミック材料の応用分野を大きく拡大し、幅広い発展の可能性を秘めています。

技術の継続的な発展に伴い、カラージルコニアセラミックスの合成方法はますます多様化しています。その調製技術の鍵は、着色相 (CoO、Cr2O3、Fe2O3 など) をセラミック マトリックス中に均一に分散できることです。研究および合成された着色ジルコニアセラミックは、安定した結晶構造、明るく均一な色、良好な高温安定性および化学的安定性を達成し、その固有の特性を破壊してはならない。

着色ジルコニアセラミックスは、マトリックスや着色相を構成する粒子の粒径が小さく、表面積が大きく、表面エネルギーが高いため、粒子間の毛細管力、静電引力、ファンデルワールス力が顕著になります。環境下では、ナノ粉末粒子は非常に凝集して大きな粒子になりやすく、その結果、ナノ複合セラミックスの比較的良好な物理的および化学的特性が大幅に低下します。したがって、良好な性能と多彩な色のジルコニアセラミックスを製造するには、凝集現象を克服し、セラミックマトリックス材料中に着色相を均一に分散させる必要があります。

着色ジルコニアセラミックスの製造方法には主に固相混合法、化学共沈法、液相浸透法、高温浸炭法などが含まれます。

1. 固相混合法

固相混合法では、混合ボールミル技術を使用して着色ジルコニア粉末を調製します。着色剤や鉱化剤などの酸化物粒子を安定したジルコニアナノ粉末と混合し、ボールミルで粉砕します。このプロセス中に固体粒子の粒子が微細化され、低温での化学反応が起こりやすくなります。格子の歪み、表面エネルギーの増加、その他の現象。

現在、着色ジルコニアセラミックスの製造方法としては、固相混合法が主流となっている。その利点は、単純なプロセス、低コスト、便利な操作、および容易な工業化です。欠点は、ナノ粒子の凝集を克服できないこと、着色相とマトリックスのナノ粒子が不均一に混合されること、ボールミル粉砕時間が長いこと、ボールミル粉砕媒体や雰囲気が粉末に深刻な汚染を引き起こす可能性があることです。

2. 化学共沈法

化学共沈法では、ジルコニウム塩、安定剤塩、着色イオン塩溶液を混合し、アルカリや炭酸塩などと反応させて水酸化物や炭酸塩の沈殿物を生成させ、加熱分解して酸化ジルコニウム複合粉末を得る方法です。共沈法では、過剰な沈殿剤により溶液中の金属陽イオンが同時に沈殿して混合物を形成します。この場合、析出する複合酸化物またはその前駆体は一定の化学量論比を満たす必要があり、カチオンは一定の割合で析出する。

化学共沈法の利点は、得られるジルコニア粉末の純度が高く、性能が優れていることです。欠点は、着色ジルコニアの複雑な共沈イオンにより、後の焼結プロセスでの反応が複雑になり、ジルコニア安定剤が着色イオンと予期せぬ反応を起こし、多量に消費される可能性があることです。これは、一方では、最終的な着色ジルコニア製品の性能に影響を及ぼし、他方では、着色イオンの発色光学特性にも影響を与える。

3. 液相浸透法

液相浸透法は、まず射出成形されたジルコニアセラミック体を水で抽出および脱脂して、連続気孔構造を有するグリーン体を取得し、次にそれを着色相イオンを含む溶液中に入れて浸透させる。着色相イオンは成形体の表面から細孔を通って内部に浸透し、浸透時間の長さによって浸透深さが制御され、最終的に優れた特性を備えたさまざまな着色ジルコニアセラミックスが生成されます。さらに、水抽出および脱脂によって得られた成形体を直接含浸に使用すると、水抽出および脱脂後に成形体の内部に均一で連続した空隙構造が形成され、成形体中の着色相イオンの均一な分布が促進されます。体。含浸さえ完了していれば、均一な色の着色ジルコニアセラミックスを作製することができます。

液相浸透法の利点は、プロセスがより簡単であり、調製された着色ジルコニアセラミックは色の均一性と物理的特性において明らかな利点を持っていることです。また、液相浸透法は射出成形を駆使して様々な複雑な形状のジルコニア成形体を製造することができ、様々な複雑な形状の着色ジルコニアセラミックスを製造することができる。