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《Materials Today Communications》:3D打印彩色ZrO2陶瓷部件的制备表征及着色机理分析

《Materials Today Communications》:3D打印彩色ZrO2陶瓷部件的制备表征及着色机理分析

  • 分类:资讯中心
  • 发布时间:2023-11-14 11:40
  • 访问量:

【概要描述】报道了一种ZrO2陶瓷浆料分别与Co3O4、Cr2O3、Er2O3混合,通过SLA-3D打印技术形成彩色ZrO2陶瓷部件的方法。

《Materials Today Communications》:3D打印彩色ZrO2陶瓷部件的制备表征及着色机理分析

【概要描述】报道了一种ZrO2陶瓷浆料分别与Co3O4、Cr2O3、Er2O3混合,通过SLA-3D打印技术形成彩色ZrO2陶瓷部件的方法。

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2022年11月14日,山东大学研究人员在《Materials Today Communications》上发表题为Preparation, characterization and coloring mechanism of 3D printed colorful ZrO2 ceramics parts的研究论文,报道了一种ZrO2陶瓷浆料分别与Co3O4、Cr2O3、Er2O3混合,通过SLA-3D打印技术形成彩色ZrO2陶瓷部件的方法。

原文链接https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2022.104935

 

 研究简介 

ZrO2陶瓷是人们广泛关注的美学装饰材料。它在陶瓷中具有相对较好的合成力学性能,而且它也可以与添加剂混合提供美丽的色彩,以达到最佳的艺术效果。将ZrO2陶瓷浆料分别与Co3O4、Cr2O3、Er2O3混合,通过SLA-3D打印技术形成彩色二氧化锆陶瓷部件,然后在高温下对彩色ZrO2陶瓷部件进行烧结,研究了彩色ZrO2陶瓷部件的着色机理,得到了最佳的印刷工艺。

结果表明,当氧化钴含量不超过5wt%时,ZrO2陶瓷部件的颜色可以发生足够的变化。蓝色ZrO2陶瓷的着色质量主要以Al、Co和O元素氧化物的形成所决定。含氧化铬的ZrO2陶瓷的最终着色质量主要由形成含Al、Cr和O元素的固溶体来决定。最后,成功地制作了山东大学的粉、绿、蓝色彩复杂的学校标志,验证了我们提出的美学装饰材料制备方案的可行性。

 

图1:SLA-3D打印后二氧化锆陶瓷零件的烧结工艺

 

图2:不同着色剂含量的陶瓷浆料的固化深度曲线

 

 

图3:具有不同着色剂含量的零件的CIE色度值

 

图4:彩色的二氧化锆陶瓷学校会徽

 

 研究结论 

制备了适用于SLA-3D打印技术的彩色ZrO2陶瓷浆料。在相同的激光功率下,固化深度的衰减系数随着着色剂含量的增加而增大,从而导致固化深度的减小。在1wt%~5wt%的色素含量范围内,彩色ZrO2陶瓷零件的光度值变化明显。当氧化钴含量不超过5wt%时,ZrO2陶瓷部件的颜色。选择可变激光功率,以确保彩色ZrO2陶瓷浆料的完美形成,而不破坏任何着色剂的性能。使用Co3O4、Cr2O3和Er2O3的ZrO2陶瓷浆料的最佳激光功率范围分别为300-450mW、200-400mW和150-250mW。

以Co3O4和Er2O3为着色剂,制备了均匀的蓝色、粉色ZrO2陶瓷件。以Cr2O3为着色剂,添加或不添加,分别制备了浅紫色和绿色的Cr2O3陶瓷零件。当氧化铝存在时,Al、Cr和O元素形成(Al1XCrX2O3固溶体,Al、Co和O元素形成CoAl2O4,使各部分分别呈现紫色和蓝色。当不含氧化铝时,Cr元素主要以Cr3+离子的形式存在,使各部分呈绿色。

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