CN105777113A - 一种黑色陶瓷及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种应用于指纹识别产品、手机外观及装饰件等相关电子设备领域的黑色陶瓷，所述黑色陶瓷包含陶瓷料和染色料，所述陶瓷料在所述黑色陶瓷中的摩尔百分含量为0.1％～99.9％，所述染色料在所述黑色陶瓷中的摩尔百分含量为0.1％～99.9％；所述陶瓷料为ZrO₂、Al₂O₃中的至少一种，其中ZrO₂中至少包含0～8％摩尔的Y₂O₃；所述染色料为过渡族金属化合物。本发明所述黑色陶瓷具有颜色精准度高、着色均匀、表面镜面光滑、强度高和透光率低等特点。

Description

一种黑色陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种陶瓷及其制备方法，尤其是一种可用于指纹识别产品、手机外观及装饰件等相关电子设备领域的黑色陶瓷及其制备方法。

背景技术

陶瓷材料具有强度大、硬度高、耐磨和耐腐蚀性好等优良的特性，被广泛的应用于各个领域，如刀具、表壳、模具、手机外壳和各种陶瓷结构件等。近年来，随着人们对装饰品要求的不断提高，黑色陶瓷以其优异的机械性能、鲜艳高雅的色调、金属光泽及环境友好、无毒害无过敏等特点，成为高档装饰领域的新宠，如按压式指纹识别用陶瓷盖板、高档手表的表壳、表链、手机外壳和高级纽扣等。但是，目前生产的黑色陶瓷多数采用油墨印刷工艺，由于丝印油墨含有大量的有机树脂，这会导致丝印油墨表面外观很容易出现丝印缺陷，使得制得的黑色陶瓷容易出现凸点、凹坑、气泡和表面厚度不均匀等问题，从而导致油墨层与陶瓷层间的界面结合力弱、陶瓷材料着色不均匀和材料性能不稳定等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种着色精准、色调均匀、性能优异的黑色陶瓷；同时，本发明还提供了所述黑色陶瓷的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种黑色陶瓷，其特征在于，所述黑色陶瓷包含陶瓷料和染色料，所述陶瓷料在所述黑色陶瓷中的摩尔百分含量为0.1％～99.9％，所述染色料在所述黑色陶瓷中的摩尔百分含量为0.1～99.9％；

所述陶瓷料为ZrO₂、Al₂O₃中的至少一种,其中ZrO₂中至少包含0～8％摩尔的Y₂O₃；

所述染色料为过渡族金属化合物。

本发明的黑色陶瓷，所述陶瓷料采用ZrO₂、Al₂O₃中的至少一种，其中ZrO₂中至少包含0～8％摩尔的Y₂O₃，所述染色料采用过渡族金属化合物，将陶瓷料和染色料混合制备成陶瓷浆料，染色料均匀的分散在陶瓷浆料中，使得所述陶瓷材料具备着色精准、色调均匀的优点。

作为本发明所述黑色陶瓷的优选实施方式，所述陶瓷料为ZrO₂和Al₂O₃的混合物，且ZrO₂在所述陶瓷料中的质量百分含量为0.1％～99.9％，Al₂O₃在所述陶瓷料中的质量百分含量为0.1％～99.9％。

作为本发明所述黑色陶瓷的优选实施方式，所述染色料为过渡族金属氧化物、过渡族金属硝酸物、过渡族金属硫酸物中的至少一种。

作为本发明所述黑色陶瓷的优选实施方式，所述过渡族金属氧化物为氧化钴、氧化铬、氧化铁、氧化锰、氧化铜、氧化镍中的至少一种；

所述过渡族金属硝酸物为硝酸钴、硝酸铬、硝酸铁、硝酸锰、硝酸铜、硝酸镍中的至少一种；

所述过渡族金属硫酸物为硫酸钴、硫酸铬、硫酸铁、硫酸锰、硫酸铜、硫酸镍中的至少一种。

作为本发明所述黑色陶瓷的更优选实施方式，，所述过渡族金属氧化物为氧化钴、氧化铁、氧化铜中的至少一种；

所述过渡族金属硝酸物为硝酸钴、硝酸铁、硝酸铜中的至少一种；

所述过渡族金属硫酸物为硫酸钴、硫酸铁、硫酸铜中的至少一种。

作为本发明所述黑色陶瓷的优选实施方式，所述陶瓷料在所述黑色陶瓷中的摩尔百分含量为30％～90％，所述染色料在所述黑色陶瓷中的摩尔百分含量为10％～70％。

作为本发明所述黑色陶瓷的优选实施方式，所述陶瓷料在所述黑色陶瓷中的摩尔百分含量为50％～85％，所述染色料在所述黑色陶瓷中的摩尔百分含量为15％～50％。

作为本发明所述黑色陶瓷的优选实施方式，所述黑色陶瓷的厚度为0.005mm～100mm，所述黑色陶瓷的表面粗糙度为Ra≦1μm。

作为本发明所述黑色陶瓷的更优选实施方式，所述黑色陶瓷的厚度为0.005mm～50mm，所述黑色陶瓷的表面粗糙度为Ra≦0.5μm。

作为本发明所述黑色陶瓷的优选实施方式，所述黑色陶瓷的形状为三角形、四边形、多边形、圆形、椭圆形或跑道形。

同时，本发明还提供一种操作简单、易于实现所述黑色陶瓷的制备方法，为实现此目的，本发明采取的技术方案为：一种如上所述黑色陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

(1)将陶瓷料和染色料混合后球磨，得到分散均匀的黑色陶瓷用浆料；

(2)将步骤(1)所得黑色陶瓷用浆料在负压环境下进行真空脱泡，再进行陈腐处理；

(3)将步骤(2)处理好的黑色陶瓷用浆料进行成型，得到黑色陶瓷素坯，然后加工成一定形状后进行烧结，得到黑色陶瓷毛坯；

(4)将步骤(3)得到的黑色陶瓷毛坯，进行抛光加工，即得黑色陶瓷；

所述步骤(2)中的脱泡压力为-0.01MPa～-0.1MPa；所述步骤(3)中的成型方式为流延、干压、挤压和注塑中的至少一种，烧结温度为1200℃～1700℃，保温时间为1h～5h；所述步骤(4)中的抛光方式为研磨抛光、机械抛光和化学抛光中的至少一种。

最后，本发明还提供一种如上所述黑色陶瓷在指纹识别产品、手机外观及装饰件等相关电子设备领域中的用途。本发明的陶瓷材料具备遮光效果好，表面镜面光滑和成本低廉的优点，可广泛应用于指纹识别产品、手机外观及装饰件等相关电子设备领域中。

本发明的黑色陶瓷中，所述染色料直接与陶瓷料混合一起，然后制备成陶瓷浆料，与现有黑色陶瓷相比，染色料由于直接混合在陶瓷料中，使得所述黑色陶瓷不仅颜色精准度高、着色均匀，而且还具有强度高、透光率低和成本低廉等优点。本发明所述黑色陶瓷的制备方法，与现有黑色陶瓷的制备方法相比，不仅操作简单、易于实现，而且制备得到的黑色陶瓷具备颜色精准度高、着色均匀、表面镜面光滑等优点。本发明所述陶瓷材料在指纹识别产品、手机外观及装饰件等相关电子设备领域中的用途，为指纹识别产品、手机外观及装饰件等相关电子设备提供了新的陶瓷材料选择。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

本发明黑色陶瓷的一种实施例，本实施例所述黑色陶瓷包含以下摩尔百分含量的成分：陶瓷料0.1％、染色料99.9％；其中所述陶瓷料为ZrO₂，所述染色料为氧化铁。

本实施例所述黑色陶瓷采用以下方法制备而成：

(1)将陶瓷料和染色料混合后球磨，得到分散均匀的黑色陶瓷用浆料；

(2)将步骤(1)所得黑色陶瓷用浆料在-0.01MPa下进行真空脱泡，再进行陈腐处理；

(3)将步骤(2)处理好的黑色陶瓷用浆料进行注塑成型，得到黑色陶瓷素坯，然后加工成三角形后进行烧结，烧结温度为1200℃，保温时间为5h，得到黑色陶瓷毛坯；

(4)将步骤(3)得到的黑色陶瓷毛坯，进行研磨抛光，即得厚度为0.005mm、表面粗糙度为Ra＝1μm的三角形黑色陶瓷。

实施例2

本发明黑色陶瓷的一种实施例，本实施例所述黑色陶瓷包含以下摩尔百分含量的成分：陶瓷料30％、染色料70％；其中所述陶瓷料为Al₂O₃，所述染色料为硝酸钴。

本实施例所述黑色陶瓷采用以下方法制备而成：

(1)将陶瓷料和染色料混合后球磨，得到分散均匀的黑色陶瓷用浆料；

(2)将步骤(1)所得黑色陶瓷用浆料在-0.1MPa下进行真空脱泡，再进行陈腐处理；

(3)将步骤(2)处理好的黑色陶瓷用浆料进行干压成型，得到黑色陶瓷素坯，然后加工成圆形后进行烧结，烧结温度为1700℃，保温时间为1h，得到黑色陶瓷毛坯；

(4)将步骤(3)得到的黑色陶瓷毛坯，进行机械抛光，即得厚度为100mm、表面粗糙度为Ra＝0.8μm的圆形黑色陶瓷。

实施例3

本发明黑色陶瓷的一种实施例，本实施例所述黑色陶瓷包含以下摩尔百分含量的成分：陶瓷料50％、染色料50％；其中所述陶瓷料为ZrO₂(包含3％摩尔的Y₂O₃)，所述染色料为氧化铜。

本实施例所述黑色陶瓷采用以下方法制备而成：

(1)将陶瓷料和染色料混合后球磨，得到分散均匀的黑色陶瓷用浆料；

(2)将步骤(1)所得黑色陶瓷用浆料在-0.06MPa下进行真空脱泡，再进行陈腐处理；

(3)将步骤(2)处理好的黑色陶瓷用浆料进行流延成型，得到黑色陶瓷素坯，然后加工成多边形后进行烧结，烧结温度为1500℃，保温时间为3h，得到黑色陶瓷毛坯；

(4)将步骤(3)得到的黑色陶瓷毛坯，进行化学抛光，即得厚度为50mm、表面粗糙度为Ra＝0.5μm的多边形黑色陶瓷。

实施例4

本发明黑色陶瓷的一种实施例，本实施例所述黑色陶瓷包含以下摩尔百分含量的成分：陶瓷料99.9％、染色料0.1％；其中所述陶瓷料为Al₂O₃，所述染色料为氧化铁、硝酸铁和硫酸铁的混合物(氧化铁、硝酸铁和硫酸铁的质量比为1:1:1)。

本实施例所述黑色陶瓷采用以下方法制备而成：

(1)将陶瓷料和染色料混合后球磨，得到分散均匀的黑色陶瓷用浆料；

(2)将步骤(1)所得黑色陶瓷用浆料在-0.06MPa下进行真空脱泡，再进行陈腐处理；

(3)将步骤(2)处理好的黑色陶瓷用浆料进行挤压成型，得到黑色陶瓷素坯，然后加工成四边形后进行烧结，烧结温度为1400℃，保温时间为4h，得到黑色陶瓷毛坯；

(4)将步骤(3)得到的黑色陶瓷毛坯，进行研磨抛光，即得厚度为20mm、表面粗糙度为Ra＝0.35μm的四边形黑色陶瓷。

实施例5

试验设置12组，分别为试验组1～12，试验组1～12的黑色陶瓷的成分及含量分别如下：

试验组1的黑色陶瓷包含以下摩尔百分含量的成分：陶瓷料0.1％、染色料99.9％；其中所述陶瓷料为ZrO₂，且所述ZrO₂中8％摩尔的Y₂O₃，所述染色料为氧化铁；

试验组2的黑色陶瓷包含以下摩尔百分含量的成分：陶瓷料30％、染色料70％；其中所述陶瓷料为Al₂O₃，所述染色料为硝酸钴。

试验组3的黑色陶瓷包含以下摩尔百分含量的成分：陶瓷料40％、染色料60％；其中所述陶瓷料为ZrO₂和Al₂O₃的混合物(其中，ZrO₂在陶瓷料中的质量百分含量为0.1％、Al₂O₃在陶瓷料中的质量百分含量为99.9％)，所述染色料为硫酸铜。

试验组4的黑色陶瓷包含以下摩尔百分含量的成分：陶瓷料50％、染色料50％；其中所述陶瓷料为ZrO₂和Al₂O₃的混合物(其中，ZrO₂在陶瓷料中的质量百分含量为50％、Al₂O₃在陶瓷料中的质量百分含量为50％)，所述染色料为氧化铜。

试验组5的黑色陶瓷包含以下摩尔百分含量的成分：陶瓷料60％、染色料40％；其中所述陶瓷料为ZrO₂和Al₂O₃的混合物(其中，ZrO₂在陶瓷料中的质量百分含量为30％、Al₂O₃在陶瓷料中的质量百分含量为70％)，所述染色料为氧化锰和氧化镍的混合物(氧化锰和氧化镍的质量比为1:1)。

试验组6的黑色陶瓷包含以下摩尔百分含量的成分：陶瓷料70％、染色料30％；其中所述陶瓷料为ZrO₂和Al₂O₃的混合物(其中，ZrO₂在陶瓷料中的质量百分含量为60％、Al₂O₃在陶瓷料中的质量百分含量为40％)，所述染色料为氧化钴和硝酸铁的混合物(氧化钴和硝酸铁的质量比为3:1)。

试验组7的黑色陶瓷包含以下摩尔百分含量的成分：陶瓷料80％、染色料20％；其中所述陶瓷料为ZrO₂和Al₂O₃的混合物(其中，ZrO₂在陶瓷料中的质量百分含量为70％、Al₂O₃在陶瓷料中的质量百分含量为30％)，所述染色料为氧化铬和硫酸锰的混合物(氧化铬和硫酸锰的质量比为2:1)。

试验组8的黑色陶瓷包含以下摩尔百分含量的成分：陶瓷料85％、染色料15％；其中所述陶瓷料为ZrO₂和Al₂O₃的混合物(其中，ZrO₂在陶瓷料中的质量百分含量为80％、Al₂O₃在陶瓷料中的质量百分含量为20％)，所述染色料为硝酸铜和硝酸镍的混合物(硝酸铜和硝酸镍的质量比为1:1)。

试验组9的黑色陶瓷包含以下摩尔百分含量的成分：陶瓷料90％、染色料10％；其中所述陶瓷料为ZrO₂和Al₂O₃的混合物(其中，ZrO₂在陶瓷料中的质量百分含量为85％、Al₂O₃在陶瓷料中的质量百分含量为15％)，所述染色料为硝酸锰和硫酸铜的混合物(硝酸锰和硫酸铜的质量比为4:1)。

试验组10的黑色陶瓷包含以下摩尔百分含量的成分：陶瓷料92％、染色料8％；其中所述陶瓷料为ZrO₂和Al₂O₃的混合物(其中，ZrO₂在陶瓷料中的质量百分含量为90％、Al₂O₃在陶瓷料中的质量百分含量为10％)，所述染色料为硫酸铬和硫酸镍的混合物(硫酸铬和硫酸镍的质量比为1:3)。

试验组11的黑色陶瓷包含以下摩尔百分含量的成分：陶瓷料96％、染色料4％；其中所述陶瓷料为ZrO₂和Al₂O₃的混合物(其中，ZrO₂在陶瓷料中的质量百分含量为99.9％、Al₂O₃在陶瓷料中的质量百分含量为0.1％)，所述染色料为氧化铜、硝酸铬和硫酸锰的混合物(氧化铜、硝酸铬和硫酸锰的质量比为5:3:2)。

试验组12的黑色陶瓷包含以下摩尔百分含量的成分：陶瓷料99.9％、染色料0.1％；其中所述陶瓷料为Al₂O₃，所述染色料为氧化铁、硝酸铁和硫酸铁的混合物(氧化铁、硝酸铁和硫酸铁的质量比为1:1:1)。

上述试验组1～12的黑色陶瓷均采用本发明的方法制备而成。

对上述试验组1～12的黑色陶瓷进行性能测试，分别测试其四点抗弯强度和透光率，测试方法见国家标准，测试结果如下表1。

表1黑色陶瓷性能测试结果

组别	四点抗弯强度(MPa)	透光率/％
			试验组1	826	1.62
试验组2	628	1.91
			试验组3	640	1.97
试验组4	815	1.13
			试验组5	684	1.85
试验组6	697	1.89
			试验组7	725	1.93
试验组8	742	1.84
			试验组9	751	1.88
试验组10	784	1.90
			试验组11	815	1.92
试验组12	623	1.87

由表1结果可看出，本发明的黑色陶瓷具有较高的强度，同时透光率较低，尤其是试验组4的黑色陶瓷，具有非常低的透光率。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种黑色陶瓷，其特征在于，所述黑色陶瓷包含陶瓷料和染色料，所述陶瓷料在所述黑色陶瓷中的摩尔百分含量为0.1％～99.9％，所述染色料在所述黑色陶瓷中的摩尔百分含量为0.1％～99.9％；

所述陶瓷料为ZrO₂、Al₂O₃中的至少一种，其中ZrO₂中至少包含0～8％摩尔的Y₂O₃；

所述染色料为过渡族金属化合物。

2.如权利要求1所述的黑色陶瓷，其特征在于，所述陶瓷料为ZrO₂和Al₂O₃的混合物，且ZrO₂在所述陶瓷料中的质量百分含量为0.1％～99.9％，Al₂O₃在所述陶瓷料中的质量百分含量为0.1％～99.9％。

3.如权利要求1或2所述的黑色陶瓷，其特征在于，所述染色料为过渡族金属氧化物、过渡族金属硝酸物和过渡族金属硫酸物中的至少一种。

4.如权利要求3所述的黑色陶瓷，其特征在于，所述过渡族金属氧化物为氧化钴、氧化铬、氧化铁、氧化锰、氧化铜、氧化镍中的至少一种；

所述过渡族金属硝酸物为硝酸钴、硝酸铬、硝酸铁、硝酸锰、硝酸铜和硝酸镍中的至少一种；

所述过渡族金属硫酸物为硫酸钴、硫酸铬、硫酸铁、硫酸锰、硫酸铜和硫酸镍中的至少一种。

5.如权利要求1所述的黑色陶瓷，其特征在于，所述陶瓷料在所述黑色陶瓷中的摩尔百分含量为30％～90％，所述染色料在所述黑色陶瓷中的摩尔百分含量为10％～70％。

6.如权利要求5所述的黑色陶瓷，其特征在于，所述陶瓷料在所述黑色陶瓷中的摩尔百分含量为50％～85％，所述染色料在所述黑色陶瓷中的摩尔百分含量为15％～50％。

7.如权利要求1～6任一项所述的黑色陶瓷，其特征在于，所述黑色陶瓷的厚度为0.005mm～100mm，所述黑色陶瓷的表面粗糙度为Ra≦1μm。

8.一种如权利要求1～7任一项所述黑色陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将陶瓷料和染色料混合后球磨，得到分散均匀的黑色陶瓷用浆料；

(2)将步骤(1)所得黑色陶瓷用浆料在负压环境下进行真空脱泡，再进行陈腐处理；

(3)将步骤(2)处理好的黑色陶瓷用浆料进行成型，得到黑色陶瓷素坯，然后加工成一定形状后进行烧结，得到黑色陶瓷毛坯；

(4)将步骤(3)得到的黑色陶瓷毛坯，进行抛光加工，即得黑色陶瓷；

所述步骤(2)中的脱泡压力为-0.01MPa～-0.1MPa；所述步骤(3)中的成型方式为流延、干压、挤压和注塑中的至少一种，烧结温度为1200℃～1700℃，保温时间为1h～5h；所述步骤(4)中的抛光方式为研磨抛光、机械抛光和化学抛光中的至少一种。

9.一种如权利要求1～7任一项所述黑色陶瓷在指纹识别产品、手机外观及装饰件中的用途。