没有妥协的彩色陶瓷

YTTRIA稳定的氧化锆（YSZ）陶瓷在许多行业中使用 - 从珠宝和观看制作中使用的复杂部件和功能，以极其坚韧，硬磨的结构陶瓷在极端环境中使用。

机械和光学性质在观察和珠宝的情况下是保证功能性和理想的产品。在不损害机械性能的情况下为彩陶的能力尤为重要。

为什么zirconia？

稳定氧化锆具有独特的机械、物理化学和电气特性，使其成为一种特殊的陶瓷材料，在广泛的工业和应用领域具有相当大的兴趣。

纯氧化锆作为一种天然矿物存在，被称为“赤辉石”，根据其温度可以观察到三种状态之一¹（图1）。

1. 在室温下，氧化锆存在于其单斜阶段
2. 在超过1,175℃的温度下，它变换为四方相。该转变对应于改进的性能，提供出色的耐磨性，优异的耐用性和高分分量和弯曲强度。由于这些有利的性质，四边形相具有许多应用，并且通常用于物理要求的应用中的结构陶瓷。
3. 如果温度高于2370°C，氧化锆就会转变为立方态。

图1所示。氧化锆相变。随着温度升高，氧化锆从单斜（A）转化为四方（B）到立方（C）²．

通过掺杂过程，氧化锆的高度追求的四方状态可以保持。这就要求在氧化锆晶体结构中加入氧化物。各种氧化物可以用来稳定高温相，包括二氧化铈(CeO₂），钙化钙（Cao）和氧化镁（MgO），但yttria（y₂O_3.)是最常用的，因为它在氧化锆晶格中有很高的溶解度^3.．

一些Zr^4＋离子在晶格中取代，以稍大的y^３＋离子形成yttria-stabilized氧化锆（ysz）^4,5在掺杂过程中。YSZ在室温下保持四边形相，这意味着它在正常操作条件下表现出所有所需的特性。

根据陶瓷最终产品所需的性能，用来稳定氧化锆的氧化钇掺杂剂的数量可以改变，以产生不同的晶体结构。因此，3mol % YSZ (3YSZ)广泛应用于结构陶瓷中，具有强度大、耐磨性好、断裂韧性好等特点。

使用较少量的氧化钇（2mol％的YSZ（2摩尔））导致断裂韧性的增加。如果使用乳液爆轰合成（EDS），则也可以保持3YSZ的其他所需性质。因此，这款2苏斯可以提供传统的3€3SZ的替代方案;将优异的骨折韧性与良好的稳定性和老化抗性相结合，同时保持高弯曲强度。

着色陶瓷

除了像骨折韧性等机械性能，最终产品陶瓷的颜色也可能是重要的。这是珠宝和观看的重要关注。可以通过将氧化锆材料暴露于减少环境来修改颜色欧洲杯足球竞彩⁶．另一种选择是调整氧化锆颜色，并将各种氧化物的小添加到起始陶瓷粉末。

许多金属氧化物已被评估为掺杂剂，用Fe₂O_3.和首席执行官₂被视为最好的选择。它们对氧化锆陶瓷力学性能的不利影响最小^7、8．

Holz等⁹进行了最近的一项研究来评估Fe的过程₂O_3.掺杂ysz陶瓷。这是为了阐明对颜色和机械性能的影响，为开发新级别的YSZ米色陶瓷的开发方法产生不影响机械性能的方法。

将EDS制备的YSZ粉末与不同成分的铁混合₂O_3.粉末。产生四种不同的实验室样品 - Y-TZP0含0％Fe₂O_3.．Y-TZP01含0.1％Fe₂O_3.， Y-TZP02含0.2% Fe₂O_3.Y-TZP04含铁0.4%₂O_3.．

接下来，在单轴压制和烧结之前研磨并干燥悬浮液。然后在微结构，结构，光学（颜色）和机械性能方面表征烧结陶瓷样品（表1）。应该注意的是，出于本实验的目的，使用了不含任何粘合剂的实验室样品，这通常在压制阶段有助于帮助。一些机械性能的轻微偏差可能是由于实验室样品中的缺陷。用粘合剂的工业规模完成全样品制备和粉末处理程序，喷雾干燥粉末将显着改善机械性能。

表格1。烧结陶瓷的一些关键特性概述

作品	％Fe.2O3.	粒度（nm）	HV10（MPA）±STD	σ.弯曲(MPa)±性病
Y-TZP0.	0	398	1235±18.	1050±125.
Y-TZP01	0.1	378	1225±10.	1070±118.
Y-TZP02	0.2	372	1226±11.	853±131
Y-TZP04	0.4	368	1213±18.	1136±97.

SEM显微照片（图2）所示的微观结构和相对密度> 96％的相对密度通过添加Fe而不置换₂O_3.用于颜色修改。通过能量分散X射线光谱（EDXA）的研究证实了元素的良好均质化，而不会对任何二相的偏析（图1）。此外，还观察到晶粒尺寸由Fe不变₂O_3.添加。

图2。烧结陶瓷Y-TZP0 (A)、Y-TZP01 (B)、Y-TZP02 (C)和Y-TZP04 (D)的SEM显微组织均匀。EDXA相关的熨斗（D1）和锆元素（D2）的各个映射显示出对元件的良好均匀化。

不同浓度的铁会产生不同的颜色₂O_3.在图3中观察到掺杂剂。随着掺杂剂的浓度增加，样品颜色变暗。进行热处理以确认当样品经受不同温度时不会发生颜色变化。

图3。铁的数码照片₂O_3.掺杂的ysz样品。

结果表明，Fe₂O_3.掺杂是一种用于着色氧化锆的不可逆和可控的技术，其可以在温度和条件的变化上使用，包括高温应用。

保持机械性能

在氧化锆着色的同时保持机械性能是关键。Fe的作用₂O_3.对双轴弯曲强度和硬度的掺杂进行了研究，发现在整个着色过程中保持了良好的力学性能。

而菲₂O_3.掺杂使氧化锆陶瓷的断裂韧性略有降低(表1)，值显著，且对Fe的依赖性不强₂O_3.通过硬度试验(HV10)显示含量。这表明，弯曲强度和硬度不受这种着色方法的影响。

烧结陶瓷的关键力学性能不受添加Fe的影响₂O_3.由于ADS合成产生的2毫秒的出色断裂韧性（图4）。通过在单步反应中的两个油乳液的爆炸的爆炸，通过全自动系统使用限定的压力，高温和快速淬火的循环。EDS的能量性质有助于氧化锆稳定化，这是一项广泛测试的过程。

由于晶粒尺寸的降低，端部粉末具有纳米结构 - 具有较高的比表面积 - 硬度的改进结构性能，耐热冲击，断裂韧性和弯曲强度。

2苏斯（和其他陶瓷粉末通过增加可以着色的机械性能增加，而通过利用EDS，可以保持这些高度追捧的性能。此外，未掺杂和Fe的机械性能₂O_3.- 掺杂，彩色的2苏斯可以进一步增强，诸如冷等静压（CIP）或热等静压（臀部）等更高的阶段。

图4。乳化液爆轰合成原理图- EDS。这种专有的创新过程使用高温和高压用于生产纳米结构陶瓷粉末。

概括

彩色氧化锆陶瓷可以通过使用与Fe掺杂的EDS合成的YSZ制作₂O_3.不影响重要的机械性能。在珠宝制造业和制表制造业中，制造各种颜色、具有高断裂韧性、硬度和弯曲强度的组件的能力是非常有用的。由于着色方法的不可逆性，该陶瓷最终产品适合在一系列条件下使用，甚至在高温下。

参考

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