本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种用于消费电子产品的高透波绿色氧化锆陶瓷及其制备方法和制得的产品。
背景技术：
氧化锆陶瓷具有强度高、硬度高、耐腐蚀等优良性能，此外还有导热系数低、热膨胀系数低、摩擦系数低、化学稳定性高等优点。因此，氧化锆陶瓷的应用十分广泛，已在耐火材料、高温结构材料、电子材料、餐厨具材料、模具、固体燃料电池、氧传感器等领域广泛使用。
近年来，由于氧化锆自身的优良性能和良好的生物相容性，以及对人体无任何刺激作用等特点，在消费品的应用上也不断大放异彩，如手链、表链、项链、智能手表、智能手机等等。由于消费电子产品(如智能手表、智能手机等)制造、检验的严格要求，对氧化锆陶瓷无论是性能方面还是加工方面均提出了更高的要求。此外，随着人们生活水平的不断提高，消费者在产品器件的美学需求方面也在同步提高。然而，现有的消费电子产品上使用的大多是黑色、白色氧化锆陶瓷，缺少更加美丽的彩色产品，不能更好地紧跟市场潮流。此外，由于5g通信技术、无线充电技术的应用和普及，消费电子产品对外壳的介电性能也提出了越来越高的要求。但是目前尚没有介电性能极其优异的外观结构件产品出现，难以满足市场需求。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高透波绿色氧化锆陶瓷，通过优化配方组成和结构特点，以获得强度高、韧性好、发色良好、润泽度高、介电性能优良的绿色氧化锆陶瓷。本发明的另一目的在于提供上述高透波绿色氧化锆陶瓷的制备方法及其制得的产品。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的一种高透波绿色氧化锆陶瓷，其原料组成为钇稳定氧化锆、绿色色剂；所述钇稳定氧化锆中的氧化钇的用量为氧化锆的3.5～5.5mol％；按照摩尔比所述绿色色剂的组成为氧化铝∶氧化锌∶氧化镍∶氧化铁∶氧化钛∶氧化钴∶氧化锰＝16～60∶1.5～10∶0.8～25∶0.2～17∶0.05～10∶0.04～4∶0.04～0.4；所述绿色色剂的添加量为钇稳定氧化锆的2.0～7.0wt％；所述陶瓷呈三明治梯度复合结构，上层和下层为致密层，中间层为多孔层。
优选地，按照摩尔比所述绿色色剂的组成为氧化铝∶氧化锌∶氧化镍∶氧化铁∶氧化钛∶氧化钴∶氧化锰＝20～50∶2～8∶1～20∶0.5～14∶0.5～5∶0.05～3∶0.05～0.3；所述绿色色剂的添加量为钇稳定氧化锆的2.5～6.5wt％。
进一步地，本发明所述多孔层的孔隙率为2～8.5％，厚度占陶瓷总厚度的20～40％；所述上层和下层的厚度分别占陶瓷总厚度的30～40％。
本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现
本发明提供的上述高透波绿色氧化锆陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)陶瓷粉体的制备
按照所述原料组成进行配料并混合均匀，经球磨、干燥、破碎，得到陶瓷粉体；
(2)致密层的制备
将所述陶瓷粉体加入水中，同时加入添加剂，制备成固含量为50～70wt％的致密层水系流延浆料，随后进行流延，即得到致密层单体；
(3)多孔层的制备
将所述陶瓷粉体加入水中，同时加入添加剂和造孔剂，制备成固含量为47～65wt％的多孔层水系流延浆料，随后进行流延，即得到多孔层单体；
(4)生坯的制备-叠层
将所述致密层单体和多孔层单体按照致密层-多孔层-致密层的顺序进行叠层-压合，得到三明治结构的陶瓷生坯；
(5)陶瓷的烧结
将所述陶瓷生坯进行烧结，即得到高透波绿色氧化锆陶瓷。
上述方案中，本发明制备方法所述添加剂由分散剂、粘结剂、增塑剂组成，其用量分别为陶瓷粉体的0.25～0.75wt％、2.0～7.5wt％、2.5～9.0wt％；所述分散剂为聚丙烯酸钠和/或柠檬酸铵；所述粘结剂为聚丙烯酸(paa)、聚乙烯醇(pva)、甲基纤维素(mc)、羟乙基纤维素(hec)中的一种或其组合；所述增塑剂为聚乙二醇(peg)、甘油、邻苯二甲酸二甲酯中的一种或其组合。所述造孔剂为聚甲基丙烯酸甲脂(pmma)、炭黑或淀粉，其用量为陶瓷粉体的2～8.5wt％。
进一步地，本发明制备方法所述步骤(4)中的压合在温度为80～90℃、压力为90～110mpa下进行。所述步骤(5)中烧结温度为1350～1450℃。
本发明利用上述高透波绿色氧化锆陶瓷的制备方法制得的产品，其介电常数为5～20，色彩值为-20≤a*≤-8、-10≤b*≤10、10≤l*≤50。优选地，所述产品的介电常数为6～18，色彩值为-18≤a*≤-12、-9≤b*≤9、15≤l*≤40。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过优化原料配方组成和结构设计，形成的高透波绿色氧化锆陶瓷介电性能优良、呈色优异，能够很好地满足市场的需求。
(2)本发明所采用的原料绿色环保、来源丰富易得，所得产品抗折强度高(≥800mpa)、韧性好、发色良好、润泽度高、缺陷少、介电性能优良，能够满足实际应用中严苛的使用要求。
下面将结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
具体实施方式
本发明实施例一种高透波绿色氧化锆陶瓷，其原料组成为钇稳定氧化锆、绿色色剂；其中，钇稳定氧化锆中的氧化钇的用量为氧化锆的3.5～5.5mol％；按照摩尔比绿色色剂的组成为氧化铝∶氧化锌∶氧化镍∶氧化铁∶氧化钛∶氧化钴∶氧化锰＝20～50∶2～8∶1～20∶0.5～14∶0.5～5∶0.05～3∶0.05～0.3；绿色色剂的添加量为钇稳定氧化锆的2.5～6.5wt％；陶瓷呈三明治梯度复合结构，上层和下层为致密层，厚度分别占陶瓷总厚度的30～40％；中间层为孔隙率为2～8.5％、厚度占陶瓷总厚度20～40％的多孔层。各实施例的原料组成及结构数据如表1所示。
表1本发明实施例高透波绿色氧化锆陶瓷的原料组成及结构数据
*绿色色剂比例为摩尔比例
**绿色色剂的添加量相对于钇稳定氧化锆
本发明实施例高透波绿色氧化锆陶瓷的制备方法，其步骤如下：
(1)陶瓷粉体的制备
按照表1所示原料组成进行配料并混合均匀，经球磨、干燥、破碎，得到陶瓷粉体；
(2)致密层单体的制备
将上述陶瓷粉体加入纯水中，同时加入添加剂，制备成固含量为50～70wt％的致密层水系流延浆料，随后进行流延，即得到致密层单体；
(3)多孔层单体的制备
将上述陶瓷粉体加入纯水中，同时加入添加剂和造孔剂，制备成固含量为47～65wt％的多孔层水系流延浆料，随后进行流延，即得到多孔层单体；
其中，步骤(2)和步骤(3)所用添加剂相同，由分散剂、粘结剂、增塑剂组成，其用量分别为陶瓷粉体的0.25～0.75wt％、2.0～7.5wt％、2.5～9.0wt％；分散剂为聚丙烯酸钠和/或柠檬酸铵；粘结剂为聚丙烯酸(paa)、聚乙烯醇(pva)、甲基纤维素(mc)、羟乙基纤维素(hec)中的一种或其组合；增塑剂为聚乙二醇(peg)、甘油、邻苯二甲酸二甲酯中的一种或其组合；
造孔剂为聚甲基丙烯酸甲脂(pmma)、炭黑或淀粉，其用量为陶瓷粉体的2～8.5wt％；
(4)生坯的制备-叠层
将上述致密层单体和多孔层单体按照致密层-多孔层-致密层的顺序进行叠层，并在温度为80～90℃、压力为90～110mpa下进行温等静压压合，即得到三明治结构的陶瓷生坯；
(5)陶瓷的烧结
将上述陶瓷生坯在1350～1450℃温度下进行烧结，并保温2h，即得到高透波绿色氧化锆陶瓷。
各实施例制备方法的工艺参数如表2所示。
表2本发明实施例高透波绿色氧化锆陶瓷的制备方法工艺参数
本发明实施例制得的高透波绿色氧化锆陶瓷，其性能指标如表3所示；进行进一步的机械加工、抛光等工序，可得到用于消费电子产品的外壳成品等制品。
表3本发明实施例制得的高透波绿色氧化锆陶瓷的性能指标