カラージルコニアは、主にさまざまな希土類元素、金属元素、酸化物、その他の材料の添加により豊かな色を示します。 カラージルコニアセラミックスは、その良好な生体適合性、優れた金属光沢、優れた機械的特性を活かして、医療・歯科用修復材料、装飾産業、携帯スマートフォン端末などの分野で、日常生活の中でますます幅広く使用されています。
着色ジルコニアセラミックスの作製
着色ジルコニアの調製は、基本的に、着色剤がジルコニアマトリックス中に均一に分散されるようにするためのものである。 複合セラミックス、特にナノ複合セラミックスの場合、粒子サイズが小さく、比表面積が大きく、トナー粒子と酸化ジルコニウムマトリックス粒子との間の静電引力とファンデルワールス力が大きいため、トナー粒子とジルコニウムが容易に接触しません。酸化物マトリックス粒子が凝集すると、ナノ複合セラミックスの色むらが生じるだけでなく、機械的特性にも影響を及ぼします。
したがって、優れた機械的特性と色度を備えた着色ジルコニアセラミックスを製造する鍵は、粉末粒子間の凝集を克服できるかどうかにあります。 優れた性能と多彩な色のジルコニアセラミックスを調製するには、適切な分散方法を見つける必要があります。 以下の準備方法が一般的に使用されます。
固相混合
この方法は、着色ジルコニア セラミックを製造するために業界で最も一般的に使用されている方法です。 着色剤や鉱化剤などの酸化物粒子は、特定の化学比率に従って安定したジルコニアナノ粉末と混合され、ボールミル粉砕されます。 この過程で固体粒子は微細化され、マイクロクラック、格子歪み、表面エネルギーの増加など、低温化学反応の実現に有利な現象が起こります。 プロセスが簡単で、コストが低く、操作が便利で、工業化が容易であるという利点があります。 しかし、この方法ではナノ粒子の凝集の問題を克服することはできません。
化学的共沈
この方法は、ジルコニウム塩、安定剤塩、着色イオン塩溶液を混合し、アルカリや炭酸塩などと反応させて水酸化物や炭酸塩の沈殿を生成させ、加熱分解して酸化ジルコニウム複合粉末を得る方法である。 。 プロセスは比較的複雑ですが、得られる粉末は高純度で優れた性能を持っています。 同時に、化学沈殿法を使用する場合は、硬い凝集体の形成に注意を払う必要があります。
液相浸透
この方法の利点は、着色剤イオンをジルコニアマトリックス中に均一に分散させることができ、複合材料と勾配材料を同時に調製できることです。 さらに、射出成形を使用してさまざまな形状のジルコニア素地を得ることができ、その後、液相浸透によってさまざまな形状の着色ジルコニアセラミックスを調製することができる。
カラージルコニアセラミックスの焼結
焼結方法も、カラージルコニアセラミックの性能と色に影響を与えます。 分野の横断と科学技術レベルの向上に伴い、従来の焼結法に加えて、多くの新しい焼結法が登場しています。
スパークプラズマ焼結
この方法がジルコニアセラミックの靱性に及ぼす最大の影響は焼結温度であり、次に焼結時間である。 テストの結果、最適な焼結温度は 1400 度、最適な焼結時間は 5 分でした。 この方法で焼結されたジルコニアセラミックスは、高い硬度と破壊靱性を備えています。
マイクロ波焼結
マイクロ波焼結には、従来の焼結方法に比べて、かけがえのない利点があります。 全面加熱方式です。 この材料は、吸収されたマイクロ波エネルギーを分子間の運動エネルギーと熱エネルギーに変換し、材料全体を加熱する効果を実現します。 材料内部の温度勾配が小さいため、加熱ムラによる材料割れが起こりにくくなります。 。 この焼結法で製造されたジルコニアの物性はより優れています。
カラージルコニアセラミックスの色分類
レッドシステム
いくつかの研究では、酸化鉄 (Fe2O3) が着色剤として使用され、3YSZ がオレンジ色から赤色のジルコニア セラミックを調製するためのマトリックスとして使用されることがわかりました。 赤みの値は最大 20 に達する可能性があり、高い黄色みを伴うと、その色は赤の要件を満たすことができず、酸化鉄の添加により 3YSZ システムの機械的特性が大幅に低下し、その工業的用途が大幅に制限されます。 そのため、赤色陶磁器は大量生産ができない希少な陶磁器となっています。
ブラックシステム
化学原料の酸化コバルトは希少で高価であるため、コストを削減するために、MnO2、Fe2O3、Cr2O3から調製されたコバルトフリーのブラックジルコニアセラミック着色剤を原料として使用して、スピネルを3つの異なる色、つまり濃い色に焼成します。茶色のフェロクロム スピネル、暗赤色のフェロマンガン スピネル、暗緑色のクロム マンガン スピネル。 成分の割合を調整して各スピネルの含有量を制御し、3 つの色が相互作用することで、安定した黒色の着色剤を製造することができ、コストが大幅に削減され、経済的メリットが向上します。
ブルーシステム
現在、青色セラミック顔料には主に、着色剤としてバナジウム - ジルコニウム ブルー材料、コバルト - アルミニウム スピネル、ニッケル - アルミニウム スピネル、およびコバルト イオンの位置を他のイオンで置き換えるスピネル型着色剤、ヘキサアルミン酸塩およびランタン着色剤に代表される関連着色剤が含まれます。は、演色性と機械的特性の確保に基づいて、環境に優しく経済的な青色着色剤の探求を続けており、依然として現在の研究方向の焦点となっています。
