3D打印彩色氧化鋯陶瓷零件的制備,、表征及著色機(jī)理

2023年11月14日,，山東大學(xué)的研究人員在《Materials Today Communications》上發(fā)表題為Preparation, characterization and coloring mechanism of 3D printed colorful ZrO2 ceramics parts的研究論文，報(bào)道了一項(xiàng)關(guān)于有色陶瓷的研究工作,。該研究旨在從微觀角度解釋有色陶瓷的著色機(jī)理,，并為顏色變化更大的有色氧化鋯陶瓷的準(zhǔn)確著色和制備提供理論支持。

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S2352492822017767

研究簡(jiǎn)介  
ZrO陶瓷是一種美學(xué)裝飾材料,，具有良好的綜合力學(xué)性能和美麗的顏色,。本研究將彩色ZrO陶瓷漿料與CoO、CrO和ErO混合,，并使用SLA-3D打印技術(shù)制作彩色ZrO陶瓷部件,，然后在高溫下進(jìn)行燒結(jié)。研究發(fā)現(xiàn),，氧化鈷含量低于5wt%時(shí),，氧化鋯陶瓷的顏色可以有明顯變化。藍(lán)色氧化鋯陶瓷的著色質(zhì)量主要受Al,、Co和O元素氧化物的影響,，而氧化鉻氧化鋯陶瓷的著色質(zhì)量主要取決于形成含有Al、Cr,、O元素的固溶體,。此外，研究還成功制作了山東大學(xué)粉,、綠,、藍(lán)三色校徽,，驗(yàn)證了該美學(xué)裝飾材料制備方案的可行性,。

圖1 SLA- 3D打印后ZrO陶瓷零件的脫脂和燒結(jié)工藝。

圖2 不同著色劑含量陶瓷漿料的固化深度曲線:(a, b) CoO的藍(lán)色ZrO陶瓷漿料;(c)含CrO的綠色ZrO陶瓷漿料;(d)含ErO的粉紅ZrO陶瓷漿料;

圖3 不同著色劑含量零件的CIE色度值,。

圖4 含CrO零件燒結(jié)前后顏色變化及漫反射曲線的比較,。

圖5 (a)含CrO陶瓷切片的SEM和(c1, c2) EDS分析;(b)含CrO燒結(jié)件的XRD相結(jié)構(gòu)。

圖6 不含AlO的含CrO零件燒結(jié)前后的對(duì)比及漫反射曲線,。

圖7 燒結(jié)前后含CoO零件的比較及漫反射曲線,。

圖8 (a)含CoO陶瓷切片的SEM和(c1, c2) EDS分析;(b)含CoO燒結(jié)件的XRD相結(jié)構(gòu)。

圖9 含ErO或CeO部件的漫反射曲線,。

圖10 不同顏色ZrO陶瓷的抗彎強(qiáng)度,。

圖11 不同顏色ZrO陶瓷的維氏硬度,。

研究結(jié)論
1. 隨著著色劑含量的增加，固化深度減小,，導(dǎo)致著色ZrO陶瓷件的亮度值發(fā)生明顯變化,。當(dāng)氧化鈷含量不超過(guò)5wt%時(shí)，ZrO陶瓷件的顏色可以有足夠的變化,。

2. 對(duì)于含有CoO,、CrO和ErO的ZrO陶瓷漿料，最佳激光功率范圍分別為300 ~ 450 mW,、200 ~ 400 mW和150 ~ 250 mW,。

3. 使用CoO和ErO作為著色劑，制備了均勻的藍(lán)色和粉紅色ZrO陶瓷件,。使用CrO作為著色劑,，可以制備淺紫色和綠色的ZrO陶瓷件。當(dāng)添加氧化鋁時(shí),，Al,、Cr和O元素形成(AlCr)O固溶體和CoAlO，使零件分別呈現(xiàn)紫色和藍(lán)色,。當(dāng)不含氧化鋁時(shí),，Cr元素以Cr離子的形式存在，使零件呈現(xiàn)綠色,。