氧化锆陶瓷的着色及机械性能研究

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氧化锆陶瓷是一种新型陶瓷材料,具有优良的机械性能、导电性能、化学稳定性和生物相容性,现已成功应用于口腔义齿修复及电子装饰材料领域。但随着科技社会的进步和5G通信技术的到来,人们对口腔修复体和装饰材料的美观性要求的提高。氧化锆基底瓷为白垩色,颜色过于单一已限制了它的进一步使用和推广。因此,本文以纳米氧化锆粉体(3Y-TZP,3 mol%氧化钇稳定四方相氧化锆)为原料,采用机械混合和浸泡着色的方法制备彩色氧化锆陶瓷,并探究合成Fe-Cr-Mn系黑色色料用于黑色氧化锆陶瓷的制备,研究金属氧化物着色剂和尖晶石型黑色色料对彩色氧化锆陶瓷微观结构、着色性能和机械性能的影响,主要研究成果如下:(1)采用Fe2O3、Pr6O11、Er2O3、CeO2金属氧化物着色3Y-TZP陶瓷,烧结体呈不同色彩变化,表面色泽均匀且正反面色差小,平均晶粒尺寸在200500nm。CeO2着色对3Y-TZP陶瓷烧结体的机械性能影响较大,当CeO2掺杂2.00 wt%时,烧结体的三点抗弯度下降至842±28.59 MPa。当Fe2O3(0.030.05 wt%)和Er2O3(0.100.40 wt%)混合着色时,氧化锆陶瓷色度值a*、b*所示区域可以很好与Vita 3D区域进行匹配。(2)采用Fe3+和Er3+着色剂溶液浸泡的方法对3Y-TZP陶瓷进行着色,陶瓷烧结体表面色泽均匀、呈淡黄色变化,且随着浸泡时间的延长,淡黄色色彩加深。Fe3+使烧结体的a*、b*值均增大;Er3+使烧结体的a*值增大,b*值减小。金属离子浸泡着色会略微降低3Y-TZP陶瓷烧结体的机械性能,烧结体的三点抗弯强度最低为1098.56±38.08 MPa,维氏硬度最低为12.47±0.41 GPa,断裂韧性最低为5.18±0.56 MPa·m1/2。(3)采用化学共沉淀合成的Fe-Cr-Mn系色料,经过1200°C煅烧后的平均晶粒大小约为152.9 nm;该煅烧温度下Fe-Cr-Mn系色料的光谱反射率最低,说明在可见光范围内对黑色的吸收强度最大,色料具有良好的黑色呈色效果。(4)掺杂Fe-Cr-Mn系黑色色料制备的黑色氧化锆陶瓷呈黝黑的亮黑色、色泽均匀。显微测试结果表明制备的黑色氧化锆陶瓷表面会出现少量气孔,且随着掺杂量的增加而增多。当Fe-Cr-Mn系色料的掺杂量为3.00 wt%时,黑色氧化锆陶瓷具有较好的机械性能,其三点抗弯强度为624.39±31.36 MPa,维氏硬度为10.60±0.19 GPa,断裂韧性为7.02±0.43 MPa·m1/2
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