大千世界五彩斑斕，而氧化鋯陶瓷材料的色彩卻顯得有略微單調(diào)了。常見的用于工業(yè)的氧化鋯陶瓷多為白色，用于新潮火熱引人矚目但發(fā)展進(jìn)程卻不瘟不火的陶瓷手機(jī)背板，往往也就只有那個黑與白兩個顏色可選，簡直單調(diào)得可憐。目前，氧化鋯行業(yè)內(nèi)較熱的應(yīng)用是手機(jī)機(jī)身材質(zhì)及工業(yè)應(yīng)用等（工業(yè)上對其色彩要求往往不是很大，所以本文不做重點強(qiáng)調(diào)）。氧化鋯陶瓷材料用做手機(jī)材質(zhì)，具有主流材質(zhì)玻璃無法匹敵的優(yōu)勢，例如耐摔耐磨耐刮，經(jīng)久如新（小編親測用了兩年的小米5尊享版依然如當(dāng)初相見的樣子）等，但其制備困難成本高，使用成本也不低（例如碎板子維修），使得氧化鋯陶瓷材質(zhì)機(jī)身的手機(jī)還屬于低市場占有率的產(chǎn)品，但即便如此，還是有不少機(jī)友非常like它，追隨它的。

對于追逐氧化鋯陶瓷手機(jī)的“機(jī)友們”而言，有看重它的品質(zhì)（耐摔，耐磨，質(zhì)感好），也有單單看上了它的“不一樣”的美。氧化鋯陶瓷背板作為電子消費品手機(jī)的機(jī)身材質(zhì)而言，除了“顏色單調(diào)”這一毛病讓人極度失望，其他一切性能都是很OK的。但數(shù)月前國產(chǎn)戰(zhàn)斗機(jī)小米手機(jī)，推出的一款價格驚人的原諒色陶瓷機(jī)身手機(jī)--小米MIX 2S翡翠版，讓廣大機(jī)友們再度相信，氧化鋯陶瓷手機(jī)材料還是有機(jī)會擺脫單調(diào)色彩的。

圖1：小米MIX 2S翡翠版

相關(guān)閱讀：翡翠色陶瓷背板手機(jī)首發(fā)，陶瓷手機(jī)背板從此不再只有黑與白

一、彩色氧化鋯陶瓷有何難？

眾所周知，普通彩色陶瓷的制備一般是將色料或著色劑加入到陶瓷坯體或釉料中，通過高溫?zé)啥@得，此處所說的高溫一般低于1300℃。而氧化鋯陶瓷的燒結(jié)溫度通常在1550~1650 ℃之間，這個溫度下，大多數(shù)的色料或著色劑將會分解、揮發(fā)而失去效用。因此，采用簡單添加色料或著色劑的方法，實在難以制得呈色鮮艷的彩色氧化鋯陶瓷。目前，為了獲取彩色氧化鋯主要采用如下兩種措施，其一是通過適當(dāng)?shù)拇胧┙档蜔Y(jié)溫度，其二是要添加合適的著色劑及助劑抑制著色劑的分解、揮發(fā)。本文將引用文末參考文獻(xiàn)1的研究成果與大家一起探討彩色氧化鋯的制備工藝（PS：原諒綠氧化鋯的介紹在文末）。

二、彩色氧化鋯的制備工藝

1、制備工藝

將氧化鋯粉體與著色劑、燒結(jié)助劑（Al2O3、SiO2 等）按一定的比例配料（配方見表1），然后用行星球磨機(jī)球磨3 h。造粒后，采用模壓成型制備素坯。干燥、燒結(jié)、精加工后得到制品，并進(jìn)行性能測試。

圖2：彩色氧化鋯陶瓷的制備工藝流程圖

2、原料及工藝條件

采用2 種3%摩爾分?jǐn)?shù)Y₂O₃ 穩(wěn)定的ZrO₂ 粉體為要原料。一種為市售微米級ZrO₂ 粉體，平均粒度1.23μm，記為M-ZrO₂。另一種為納米級ZrO₂ 粉體，平均粒徑為80 nm，記為N-ZrO₂。氧化鋁粉，平均粒度120 nm。二氧化硅粉，平均粒度80 nm。色料有鐠鋯黃色料，Cr₂O₃及偏釩酸銨。

表1：彩色氧化鋯的制備工藝條件

3、性能測試

用三點彎曲法測定材料的抗彎強(qiáng)度用維氏硬度儀測試樣品的維氏硬度；掃描電鏡觀察樣品的顯微結(jié)構(gòu)；紫外-可見光譜儀分析樣品的顏色；耐腐蝕測試：對制備的彩色ZrO₂ 陶瓷，用20%的鹽酸及氫氧化鈉溶液浸泡評價其耐腐蝕性能。若腐蝕前后陶瓷表面的顏色和光澤沒有明顯變化，則說明制備的彩色ZrO₂ 陶瓷具有很好的耐腐蝕性能。

三、幾種彩色氧化鋯的制備工藝

1、用鐠鋯黃色料制備淺黃色ZrO₂陶瓷

使用表1工藝條件，以微米級ZrO₂ 粉體為原料，鐠鋯黃色料為著色劑，若不添加任何助劑，這時制備的陶瓷只有較淺的黃色。色料加入量一定，隨著燒結(jié)溫度的提高，制品顏色變淺；在同一燒結(jié)溫度，隨著色料加入量的增加，顏色略有加深，但制品的強(qiáng)度和相對密度減小。若添加少量助劑，制品的燒結(jié)溫度可降低，并且在同樣的色料加入量下，添加燒結(jié)助劑使呈色更深、更鮮艷。但鐠鋯黃色料本身的顏色較淺，采用此法難以獲得深顏色的黃色氧化鋯陶瓷。如需制備深黃色氧化鋯陶瓷可采用偏釩酸銨為著色劑。

圖3 示例淺黃及深黃氧化鋯陶瓷

2、用偏釩酸銨制備黃色ZrO₂陶瓷

改變著色劑為偏釩酸銨，其它制備條件同表1。以微米級ZrO₂ 粉體為原料，偏釩酸銨為著色劑，若不添加任何助劑，這時制備的ZrO₂陶瓷呈現(xiàn)深黃色，但顏色不均勻。隨溫度升高，顏色均勻性提高。添加燒結(jié)助劑，也使制品的顏色均勻性提高。若采用納米ZrO₂ 粉體為原料且添加燒結(jié)助劑，在適當(dāng)?shù)臈l件下所得制品呈現(xiàn)純正鮮艷的深黃色。

在參考文獻(xiàn)的實驗條件下制備的氧化鋯陶瓷，制品在580 nm 左右具有強(qiáng)烈的反射，制品的顏色純正鮮艷。從斷面的SEM 照片看，制品見結(jié)構(gòu)致密、晶粒細(xì)小均勻（500~700 nm）。制品的硬度為14.76 GPa,抗彎強(qiáng)度達(dá)到670 MPa。制品具有致密的顯微結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的力學(xué)性能。

顯色機(jī)理：Alarcon 等認(rèn)為V⁴⁺固溶于ZrO₂ 晶格中導(dǎo)致呈現(xiàn)黃色。根據(jù)文獻(xiàn)1實驗結(jié)果，偏釩酸銨中的釩在高溫下固溶于ZrO₂晶格中從而產(chǎn)生黃色。且在實驗中發(fā)現(xiàn)，隨溫度升高、ZrO₂粒度的減小及礦化劑的使用，固溶程度增加，顏色加深，均勻性增加。

3、用 Cr₂O₃ 制備綠色ZrO₂陶瓷

改變著色劑為Cr₂O₃制備綠色ZrO₂ 陶瓷，其制備條件見表1。以微米級ZrO₂粉體為原料，若不添加任何助劑，這時制備的ZrO₂ 陶瓷無綠色出現(xiàn)。添加燒結(jié)助劑，制品僅呈現(xiàn)微弱的綠色。若采用納米ZrO₂粉體為原料且添加燒結(jié)助劑，所得制品呈現(xiàn)純正鮮艷的綠色。

在參考文獻(xiàn)的實驗條件下制備的氧化鋯陶瓷，制品在530nm 左右具有強(qiáng)烈的反射，制品的綠色純正鮮艷。從斷面的SEM 照片看，制品結(jié)構(gòu)致密、晶粒細(xì)小均勻（500~700 nm）。制品的硬度為14.21 GPa, 抗彎強(qiáng)度達(dá)到610 MPa。說明制品具有致密的顯微結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的力學(xué)性能。

顯色機(jī)理：Manuel 等認(rèn)為Cr₂O₃ 與ZrO₂ 及SiO₂ 等反應(yīng)形成ZrSiO₄ 固溶體, 從而呈現(xiàn)綠色。但Cr₂O₃ 在高溫下易揮發(fā)，隨溫度升高，揮發(fā)加劇，從而影響呈色。采用納米ZrO₂ 粉體及礦化劑降低了固溶反應(yīng)和燒結(jié)溫度，抑制了Cr₂O₃ 的揮發(fā)，因而使得制品具有鮮艷的綠色。

綠色的氧化鋯陶瓷已在勞力士腕表116610LV早有應(yīng)用，但制備工藝略有區(qū)別，相關(guān)內(nèi)容介紹可見：特種陶瓷與貴金屬神奇組合：某名表綠色陶瓷技術(shù)。

除了參考文獻(xiàn)1的黃色及綠色氧化鋯研究，研究人員對其它顏色的氧化鋯陶瓷也有探索，例如參考文獻(xiàn)2中介紹，采用釩鋯藍(lán)色料為著色劑，納米級ZrO₂粉體為原料，可合適的條件下可制備呈色均勻，顏色鮮艷的藍(lán)色ZrO₂陶瓷。其相關(guān)介紹見：一種“騷藍(lán)色”氧化鋯陶瓷的制備方法。

參考資料：

1、彩色氧化鋯陶瓷的制備，青島科技大學(xué)材料學(xué)院，張燦英，朱海濤，李長江，王繼鑫。

2、藍(lán)色氧化鋯陶瓷的研制，山東硅苑新材料科技股份有限公司，青科技大學(xué)材料學(xué)院，王 峰，張燦英等著。

粉體圈 編輯：小胖