زیرکونیای رنگی عمدتاً به دلیل افزودن عناصر مختلف خاکی کمیاب، عناصر فلزی، اکسیدها و سایر مواد، رنگ های غنی را نشان می دهد. بر اساس زیست سازگاری خوب، درخشش فلزی عالی و خواص مکانیکی خوب، سرامیک های زیرکونیای رنگی به طور فزاینده ای در زندگی روزمره از جمله مواد ترمیمی پزشکی و دندانپزشکی، صنایع تزئینی و پایانه های تلفن های هوشمند تلفن همراه و سایر زمینه ها مورد استفاده قرار گرفته اند.
تهیه سرامیک رنگی زیرکونیا
تهیه زیرکونیای رنگی اساساً به گونه ای است که ماده رنگی بتواند به طور مساوی در ماتریس زیرکونیا توزیع شود. برای سرامیک های کامپوزیت، به ویژه سرامیک های نانوکامپوزیت، به دلیل اندازه ذرات کوچک، سطح ویژه بزرگ، و جاذبه الکترواستاتیکی زیاد و نیروی واندروالسی بین ذرات تونر و ذرات ماتریس اکسید زیرکونیوم، برای ذرات تونر و زیرکونیوم آسان است. ذرات ماتریس اکسید آگلومره می شوند که نه تنها باعث ایجاد رنگ ناهموار سرامیک های نانوکامپوزیت می شود، بلکه بر خواص مکانیکی آن نیز تأثیر می گذارد.
از این رو، کلید تهیه سرامیک های زیرکونیای رنگی با خواص مکانیکی عالی و رنگی بودن در این است که آیا می توان بر تجمع بین ذرات پودر غلبه کرد یا خیر. برای تهیه سرامیک های زیرکونیایی با کارایی خوب و رنگ های متنوع باید روش پراکندگی مناسبی پیدا کرد. روش های آماده سازی زیر معمولا استفاده می شود:
اختلاط فاز جامد
این روش پرکاربردترین روش در صنعت برای تهیه سرامیک های زیرکونیای رنگی است. ذرات اکسیدی مانند رنگها و مواد معدنی با نانو پودر زیرکونیا پایدار بر اساس نسبت شیمیایی خاصی مخلوط و آسیاب میشوند. سپس ذرات جامد در طی این فرآیند تصفیه میشوند و پدیدههایی مانند ریزترکها، اعوجاج شبکه و افزایش انرژی سطحی که برای تحقق واکنشهای شیمیایی در دمای پایین مفید هستند رخ میدهند. این دارای مزایای فرآیند ساده، هزینه کم، عملیات راحت و صنعتی سازی آسان است. با این حال، این روش نمی تواند بر مشکل تجمع نانوذرات غلبه کند.
رسوب همزمان شیمیایی
این روش به این صورت است که از نمک زیرکونیوم، نمک تثبیت کننده و محلول نمک یونی رنگی برای مخلوط کردن، واکنش با قلیایی یا کربنات و غیره برای ایجاد رسوب هیدروکسید یا کربنات و سپس حرارت دادن و تجزیه برای به دست آوردن پودر کامپوزیت اکسید زیرکونیوم استفاده می شود. . فرآیند نسبتا پیچیده است، اما پودر به دست آمده دارای خلوص بالا و عملکرد عالی است. در عین حال هنگام استفاده از روش رسوب شیمیایی باید به تشکیل آگلومراهای سخت توجه شود.
نفوذ فاز مایع
مزیت این روش این است که یون های رنگی را می توان به طور یکنواخت در ماتریس زیرکونیا پراکنده کرد و مواد کامپوزیتی و مواد گرادیان را می توان همزمان تهیه کرد. علاوه بر این، می توان از قالب گیری تزریقی برای به دست آوردن بدنه های سبز زیرکونیایی با اشکال مختلف استفاده کرد و سپس سرامیک های رنگی زیرکونیایی با اشکال مختلف را از طریق نفوذ فاز مایع تهیه کرد.
تف جوشی سرامیک های رنگی زیرکونیا
روش تف جوشی نیز بر عملکرد و رنگ سرامیک های زیرکونیای رنگی تأثیر می گذارد. با گسترش متقابل و ارتقای سطح علمی و فناوری، علاوه بر روش های زینترینگ سنتی، بسیاری از روش های زینترینگ جدید نیز پدید آمده اند:
زینترینگ پلاسما اسپارک
بیشترین تأثیر این روش بر چقرمگی سرامیک های زیرکونیایی، دمای تف جوشی و به دنبال آن زمان تف جوشی است. پس از آزمایش، دمای بهینه تف جوشی 1400 درجه و زمان پخت بهینه 5 دقیقه است. سرامیک های زیرکونیایی که با این روش زینتر می شوند دارای سختی و چقرمگی شکست بالایی هستند.
پخت مایکروویو
زینترینگ مایکروویو نسبت به روشهای زینترینگ سنتی مزایای بی بدیلی دارد. این یک روش گرمایش کلی است. این ماده انرژی مایکروویو جذب شده را به انرژی جنبشی بین مولکولی و انرژی حرارتی تبدیل می کند تا به اثر گرمایش کلی مواد دست یابد. گرادیان دمای داخلی مواد کم است، بنابراین به ندرت باعث ترک خوردن مواد در اثر حرارت ناهموار می شود. . خواص فیزیکی زیرکونیای تهیه شده با این روش پخت بهتر است.
طبقه بندی رنگ سرامیک های زیرکونیای رنگی
سیستم قرمز
برخی از مطالعات نشان داده اند که اکسید آهن (Fe2O3) به عنوان رنگ و 3YSZ به عنوان ماتریس برای تهیه سرامیک های زیرکونیایی رنگ نارنجی قرمز استفاده می شود. مقدار قرمزی می تواند تا 20 برسد و همراه با مقدار زردی بالا، رنگ آن نمی تواند نیاز قرمز را برآورده کند و افزودن اکسید آهن خواص مکانیکی سیستم 3YSZ را تا حد زیادی کاهش می دهد و کاربرد صنعتی آن را بسیار محدود می کند. بنابراین سرامیک قرمز به نادرترین نوع سرامیک تبدیل شده است که امکان تولید انبوه را ندارد.
سیستم سیاه
از آنجایی که ماده اولیه شیمیایی اکسید کبالت کمیاب و گران است، برای کاهش هزینه ها، مردم از رنگ های سرامیکی سیاه زیرکونیا بدون کبالت تهیه شده از MnO2، Fe2O3 و Cr2O3 به عنوان مواد اولیه برای سوزاندن اسپینل در سه رنگ مختلف، یعنی تیره استفاده می کنند. اسپینل فروکروم قهوه ای، اسپینل فرومنگنز قرمز تیره، اسپینل کروم منگنز سبز تیره. با تنظیم نسبت مواد تشکیل دهنده برای کنترل محتوای هر اسپینل و تعامل سه رنگ با یکدیگر، می توان یک رنگ سیاه پایدار تولید کرد که هزینه را تا حد زیادی کاهش می دهد و مزایای اقتصادی را بهبود می بخشد.
سیستم آبی
در حال حاضر، رنگدانههای سرامیکی آبی عمدتاً شامل مواد آبی وانادیوم-زیرکونیوم به عنوان رنگ، اسپینل کبالت-آلومینیوم، اسپینل نیکل-آلومینیوم و رنگهای نوع اسپینل هستند که از یونهای دیگر برای جایگزینی موقعیت یون کبالت استفاده میکنند. بر اساس حصول اطمینان از عملکرد رندر رنگ و خواص مکانیکی، همچنان به کشف رنگهای آبی سازگار با محیط زیست و اقتصادی ادامه میدهند که همچنان در کانون توجه جهتهای تحقیقاتی فعلی هستند.
