一种彩色陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明涉及光固化成型技术领域，具体涉及一种彩色陶瓷及其制备方法。

背景技术

近年来，随着大量的结构陶瓷，例如氧化锆陶瓷在外表面的使用，单一的颜色已经制约了陶瓷的应用，不能满足大多数人们对于结构器件外观上的要求，所以开拓丰富多彩的颜色能极大地拓宽陶瓷材料的应用领域，具有广阔的发展前景。

为使制备的陶瓷显示出彩色，需要往光固化陶瓷浆料里面加入彩色的过渡金属或者稀土金属的氧化物或其他化合物，如CoO、Cr

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种彩色陶瓷及其制备方法，可以解决光固化成型彩色陶瓷效率和精度低的技术问题。

本申请第一方面提供了一种彩色陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将含有着色剂的陶瓷浆料光固化成型，得到陶瓷胚体；

步骤2，将所述陶瓷胚体脱脂、烧结，得到彩色陶瓷；

所述着色剂包括可形成晶体着色和/或胶体微粒着色的白色着色剂和/或浅色着色剂。

需要说明的是，与添加CoO、Cr

优选的，所述浅色着色剂包括浅紫色着色剂。

需要说明的是，光固化设备光源一般为405nm波长的浅紫色激光，因此，选择呈现浅紫色的着色剂可以减少陶瓷浆料的吸光度，从而提高彩色陶瓷的光固化成型效率和精度。

优选的，所述光固化成型包括SLA成型和/或DLP成型。

优选的，所述光固化成型为DLP成型；

所述DLP成型参数包括XY分辨率、基层层数、基层固化时间、单层固化时间；

所述XY分辨率20μm、50μm；

所述基层层数3-10；

所述基层固化时间10-40s；

所述单层固化时间3-10s。

优选的，所述脱脂包括真空脱脂和空气脱脂。

需要说明的是，先进行真空脱脂除去光敏树脂中氢元素，再通过空气脱脂除去光敏树脂中的碳元素可减缓陶瓷胚体在脱脂过程中的变形。

优选的，所述真空排胶包括先以3-10℃/min的升温速率升温至500℃后，再以1-5℃/min的升温速率升温至650-750℃，然后保温2-5h。

优选的，所述空气排胶包括先以5-10℃/min的升温速率升温至500℃后，再以1-5℃/min的升温速率升温至650-750℃，然后保温2-5h。

优选的，所述烧结包括先以5-10℃/min的升温速率升温至800℃后，再以1-10℃/min的升温速率升温至1500-1650℃，然后保温1.5-3h。

优选的，所述陶瓷浆料的制备方法包括以下步骤：

步骤101，将着色剂与陶瓷粉体球磨，得到复合陶瓷粉体；

步骤102，将所述复合陶瓷粉体、光敏树脂、光引发剂以及有机溶剂球磨混合，得到陶瓷浆料。

优选的，所述陶瓷浆料中着色剂添加量为5-50wt％。

优选的，所述陶瓷浆料固相含量为60-80wt％。

优选的，所述着色剂的粒度小于20微米，吸光度小于2。

优选的，所述着色剂的粒度小于1微米，吸光度小于1。

优选的，所述步骤101和步骤102中球磨时间为1-5h，转速150-350rad/min，球料质量比为1:1.5-2。

优选的，所述光引发剂的质量百分比为所述光敏树脂质量的0.1-3wt％。

优选的，所述光敏树脂包括乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、1,6-乙二醇二丙烯酸酯中的一种或多种。

优选的，所述光引发剂包括2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦和2-异丙基硫杂蒽酮中的一种或多种。

优选的，所述有机溶剂包括PPTA、环己烷、UDPA、醋酸乙酯、正辛醇、异丙醇、PEG-300、醋酸甲酯等一种或多种。

优选的，所述着色剂包括过渡金属和/或稀土金属。

需要说明的是，包括过渡金属和/或稀土金属的着色剂烧结后会呈现红、绿、蓝等彩色，这是由于这些过渡金属和/或稀土金属离子的最外层s和次外层f上都有未成对电子，这些电子非常不稳定，容易在各层间发生跃迁，从基态到激发态，因此，只要基态与激发态之间的能量差处于可见光波能量范围内，相应的单色光即被吸收而呈现补色的颜色。

优选的，所述烧结包括还原气氛烧结和/或氧化气氛烧结。

需要说明的是，过渡金属和/或稀土金属在还原气氛中烧结和/或氧化气氛中烧结，可以发生一系列化学反应，生成以晶体或者胶体微粒形态存在的过渡金属和/或稀土金属的红、绿、蓝等彩色离子，从而达到晶体着色和/或胶体微粒着色的效果。

优选的，所述氧化气氛烧结包括空气气氛烧结。

优选的，所述陶瓷粉体包括氧化物陶瓷粉体和/或非氧化物陶瓷粉体。

优选的，所述氧化物陶瓷粉体包括氧化锆陶瓷粉体、氧化铝陶瓷粉体、氧化硅陶瓷粉体、氧化镁陶瓷粉体、氧化钛陶瓷粉体中的一种或多种。

优选的，所述氧化锆陶瓷粉体包括氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉体。

本申请第二方面提供了以上彩色陶瓷制备方法制备的彩色陶瓷。

综上所述，本申请提供了一种彩色陶瓷及其制备方法；彩色陶瓷的制备方法包括先将白色和/或浅色着色剂与陶瓷粉体球磨，得到复合陶瓷粉体，再将含有复合陶瓷粉体的陶瓷浆料光固化成型，得到陶瓷胚体，然后将陶瓷胚体依次进行脱脂、烧结，得到彩色陶瓷；其中，与含有CoO、Cr

附图说明：

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请实施例1所提供的氧化锆陶瓷浆料吸收光谱及其彩色氧化锆陶瓷的吸收光谱；

图2为本申请实施例1-3所提供的氧化锆陶瓷胚体及其彩色氧化锆陶瓷。

具体实施方式：

本申请提供了一种彩色陶瓷及其制备方法，可以解决光固化成型彩色陶瓷效率和精度低的技术问题。

下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

其中，以下实施例所用试剂或原料均为市售或自制。

实施例1

本申请实施例1提供了第一种彩色陶瓷的制备方法，其制备方法包括以下步骤：

1、制备含有氧化锆陶瓷粉体的陶瓷浆料。

1.1，以质量份计算，分别称取1质量份的着色剂粉体、19质量份的3mol％氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉体，以无水乙醇做分散剂，以氧化锆球为研磨介质，以150-350rad/min的转速球磨2h，干燥后除去乙醇后，得到氧化锆复合粉体；

1.2，以质量份计算，称取10质量份的1,6-乙二醇二丙烯酸酯与2质量份的有机溶剂正辛醇均匀混合后得到预混液；

1.3，以氧化锆球为研磨介质，将90质量份的氧化锆复合粉体和30质量份的预混液以及0.5质量份的光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮球磨混合2h，干燥后，得到含有氧化锆陶瓷粉体的陶瓷浆料；

需要说明的是，上述制备含有氧化锆陶瓷粉体的陶瓷浆料只是一个优选实施方法，本申请还可以采用其他制备方法，如调换步骤1.1和1.2的顺序，先混合得到预混液，再制备得到氧化锆复合粉体，最后制备得到氧化锆陶瓷浆料；

需要说明的是，本申请选用的着色剂粉体选自江西赛瓷生成的着色剂粉体，着色剂粉体含有氧氯化锆、硝酸铒、硝酸钇、碳酸镁以及硫酸铝铵，烧结后可形成粉红色着色晶体。

2、光固化成型氧化锆陶瓷胚体。

2.1，将氧化锆陶瓷胚体的CAD三维模型导入打印软件中，生成STL打印文件，设置打印参数为：XY分辨率20um，基层层数7层，基层固化时间35s，单层固化时间7s；对氧化锆陶瓷胚体的CAD三维模型进行切片分层，形成断面数据和打印轨迹。

2.2，将含有氧化锆陶瓷粉体的陶瓷浆料铺设在打印工作台上，采用自下而上投影的高精度DLP技术，层层固化成型，堆叠形成氧化锆陶瓷胚体，其颜色为白色。

3、制备得到彩色氧化锆陶瓷。

3.1，将氧化锆陶瓷胚体先置于真空排胶炉中，以3-10℃/min的升温速率升温至500℃后，以1-5℃/min的升温速率升温至650-750℃，然后保温2-5h；再置于空气排胶炉中，先以5-10℃/min的升温速率升温至800℃后，再以1-10℃/min的升温速率升温至1500-1650℃，然后保温1.5-3h，得到排胶后的氧化锆陶瓷胚体。

3.2，将排胶后的氧化锆陶瓷胚体置于高温烧结炉中，通入空气，先以5-10℃/min的升温速率升温至800℃后，再以1-10℃/min的升温速率升温至1500-1650℃，然后保温1.5-3h，烧结得到粉色氧化锆陶瓷。

图1-a为本实施例制备的氧化锆陶瓷浆料的吸收光谱，图1-b为本实施例制备的粉色氧化锆陶瓷的吸收光谱，由图1-a可以看出氧化锆陶瓷浆料吸光度低，将氧化锆陶瓷浆料依次光固化、烧结制备得到的粉色氧化锆陶瓷吸光度高；基于此，本申请将市售白色和/或浅色陶瓷着色剂用于光固化成型领域，与现有技术将CoO、Cr

实施例2

本申请实施例2提供了第二种彩色陶瓷的制备方法，其制备方法与实施例1的区别在于，选择了第二种着色剂，其光固化得到的氧化锆陶瓷胚体为浅黄色，烧结得到的氧化锆陶瓷为红色。

需要说明的是，本申请选用的着色剂粉体选自江西赛瓷生成的着色剂粉体，着色剂含有硝酸铬、硝酸钇、硝酸铝，烧结后可形成暗红色着色晶体。

实施例3

本申请实施例3提供了第三种彩色陶瓷的制备方法，其制备方法与实施例1的区别在于，选择了第三种着色剂，制备的得到的氧化锆陶瓷胚体为浅灰色，氧化锆陶瓷为蓝色。

需要说明的是，本申请选用的着色剂粉体选自江西赛瓷生成的着色剂粉体，着色剂粉体含有将氧化铝、氧化锌和氧化镍，烧结后可形成天蓝色着色晶体。

实施例4

本申请实施例4提供了第四种彩色陶瓷的制备方法，其制备方法与实施例1的区别在于，光固化成型氧化锆陶瓷胚体的成型方法为SLA成型。

实施例5

本申请实施例5提供了第五种彩色陶瓷的制备方法，其制备方法与实施例1的区别在于，陶瓷粉体为非氧化陶瓷中的碳化硅陶瓷粉体。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本申请的保护范围。