전자통신의 발달과 생활수준의 향상으로 컬러 지르코니아 세라믹은 일상생활에서 더욱 폭넓게 사용됩니다. 생체 적합성, 뛰어난 금속 광택, 그리고 강한 기계적 특성으로 선호됩니다. 치과 보철물, 보석, 모바일 스마트 기기 등에 활용됩니다. 하지만 지르코니아에 색상을 입히는 것은 쉬운 일이 아닙니다.
착색 지르코늄 산화물의 제조
현재 시중에 판매되는 유색 지르코니아는 다양한 희토류 원소, 금속, 산화물을 첨가하여 다양한 색상을 나타냅니다. 유색 지르코니아 제조의 어려움은 소결 온도가 일반적으로 1550°C에서 1650°C 사이라는 점입니다. 고온에서는 많은 착색제나 착색제가 분해되거나 증발하여 효과가 감소합니다. 따라서 단순히 착색제나 염료를 첨가하는 것만으로는 선명한 색상의 지르코니아 세라믹을 만드는 것이 어렵습니다. 또한, 착색제의 분해는 세라믹 제품의 밀도를 저하시켜 세라믹 재료의 인성을 크게 저하시키고 최종 제품의 품질에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 유색 세라믹 제조 및 새로운 색상 품종 개발은 업계의 주요 관심사입니다. 무독성이며 우수한 기계적 특성을 가진 선명한 색상의 세라믹은 매우 광범위한 시장 적용 가능성을 가지고 있습니다.
컬러 세라믹의 '핵심': 분말 제어 및 소결 기술
분말 품질 관리가 핵심입니다
착색 지르코니아 제조의 핵심은 착색제가 지르코니아 매트릭스에 고르게 분포되도록 하는 것입니다. 복합 세라믹, 특히 나노복합 세라믹의 경우, 입자 크기 착색제 입자와 지르코니아 매트릭스의 높은 비표면적, 입자 사이의 큰 정전기적 인력 및 반데르발스 힘으로 인해 착색제 입자와 지르코니아 매트릭스 입자는 응집되기 쉽습니다. 이러한 현상은 나노복합 세라믹의 색상 불균일성을 초래할 뿐만 아니라 기계적 특성에도 영향을 미칩니다.
그렇다면 착색제 입자를 지르코니아 매트릭스에 균일하게 분산시켜 우수한 기계적 특성과 색도를 가진 유색 지르코니아 세라믹을 제조하는 방법은 무엇일까요? 핵심은 분말 입자 간의 응집을 극복할 수 있는지 여부입니다. 우수한 성능과 다양한 색상을 가진 지르코니아 세라믹을 제조하려면 적절한 분산 방법을 찾아야 합니다. 일반적으로 사용되는 분산 방법은 다음과 같습니다.
고상 혼합법
이 방법은 업계에서 가장 널리 사용되는 착색 지르코니아 세라믹 제조 방법입니다. 착색제와 광화제와 같은 산화물 입자를 혼합하여 볼밀특정 조건에 따라 안정된 지르코니아 나노 분말로 ed 화학적인 이 공정에서는 고체 입자가 미세화됩니다. 미세균열, 격자 변형, 표면 에너지 증가가 발생하여 저온 화학 반응이 촉진됩니다. 이 방법은 공정이 간단하고, 비용이 저렴하며, 조작이 편리하고, 산업화가 용이하다는 장점이 있습니다. 그러나 이 방법은 나노입자 응집 문제를 극복할 수 없습니다.
화학적 공침법
화학적 공침법: 지르코늄염, 안정제염, 그리고 착색 이온염 용액을 알칼리 또는 탄산염과 혼합 및 반응시켜 수산화물 또는 탄산염 침전물을 형성합니다. 이후 가열 및 분해하여 지르코늄 산화물 복합 분말을 얻습니다. 이 공정은 비교적 복잡하지만, 얻어진 분말은 고순도와 우수한 성능을 보입니다. 하지만 화학적 침전법을 사용할 경우, 단단한 응집물이 생성된다는 점에 주의해야 합니다.
화학적 공침법
이 방법은 지르코늄염, 안정제염, 그리고 착색 이온염 용액을 알칼리 또는 탄산염과 혼합 및 반응시켜 수산화물 또는 탄산염 침전물을 형성합니다. 이후 가열 및 분해하여 지르코늄 산화물 복합 분말을 얻습니다. 이 공정은 비교적 복잡하지만, 얻어진 분말은 고순도와 우수한 성능을 보입니다. 하지만 화학 침전법을 사용할 경우, 주의해야 할 한 가지 문제는 단단한 응집체 형성입니다.
소결 방법
성능에 영향을 미치는 다양한 준비 방법 외에도 지르코니아 파우더소결 방법은 유색 지르코니아 세라믹의 성능과 색상에도 영향을 미칩니다. 학제 간, 기술 수준의 발전에 따라 기존 소결 방법 외에도 다양한 새로운 소결 방법이 등장했습니다.
방전 플라즈마 소결 방법
학자들은 실험을 수행했습니다. 방전 플라즈마 소결을 준비할 때, 소결 온도가 지르코니아 세라믹의 인성에 가장 큰 영향을 미치며, 그 다음으로 소결 시간이 영향을 미칩니다. 최적의 소결 온도는 1400℃이고, 최적의 소결 시간은 5분입니다. 이 방법으로 소결된 지르코니아 세라믹은 높은 경도와 파괴인성을 나타냅니다.
마이크로파 소결
마이크로파 소결은 전체론적 가열 방식인 기존 소결 방식에 비해 대체할 수 없는 장점을 가지고 있습니다. 소재는 흡수된 마이크로파 에너지를 분자 간의 운동 에너지와 열 에너지로 변환하여 소재 전체를 가열하는 효과를 얻습니다. 소재 내부의 온도 구배가 작기 때문에 불균일한 가열로 인한 소재 균열이 거의 발생하지 않습니다. 이 소결 방식으로 제조된 지르코니아는 물리적 특성이 우수합니다.
결론
다양한 색상, 안정적인 성능, 그리고 친환경 공정을 갖춘 유색 지르코니아 세라믹에 대한 수요를 충족하기 위해 전 세계 연구자들은 12종 이상의 유색 지르코니아 세라믹을 개발해 왔습니다. 이 유색 지르코니아는 뛰어난 심미성뿐만 아니라 뛰어난 생체 적합성, 내마모성, 그리고 기계적 강도를 자랑합니다. 의료, 보석, 전자 분야에 적합합니다. 개발자들은 자원 소비와 환경 영향을 줄이기 위해 제조 공정을 지속적으로 개선하고 새로운 친환경 기술을 모색하고 있습니다. 에픽 파우더볼밀과 같은 장비 분류기, 그리고 표면개질 이러한 장비는 고성능 컬러 지르코니아 생산을 위한 강력한 기술 지원을 제공합니다. 이러한 기술이 발전함에 따라 고급 제조 분야에서 컬러 지르코니아 세라믹의 시장 전망이 확대되어 매우 선호되는 혁신 소재가 될 것입니다.