原文出自 Journal of Advanced Ceramics (先进陶瓷)期刊

Cite this article:

Yang Y, Hu C, Liu Q, et al. Research progress and prospects of colored zirconia ceramics: A review. Journal of Advanced Ceramics, 2024, https://doi.org/10.26599/JAC.2024.9220941

1、导读

彩色氧化锆陶瓷以其丰富的色彩、优异的力学性能和良好的生物相容性，广泛应用于电子通讯、高端装饰、生物材料等领域。本文综述了彩色氧化锆陶瓷的研究进展，重点介绍了该领域的关键发展和创新应用，总结了主要的着色剂种类及着色方法。详细介绍了红、蓝、黑色氧化锆陶瓷的研究现状，分析了目前面临的挑战，并提出了未来的研究方向。该综述对彩色氧化锆陶瓷的开发以及性能优化具有重要意义，有助于进一步拓宽彩色氧化锆陶瓷的应用范围。

2、研究背景

氧化锆具有优异的物理和化学性能，是一种重要的结构和功能材料。随着人们对产品的视觉吸引力需求不断增长和生活水平的提高，彩色氧化锆陶瓷以其色彩鲜艳且不易褪色，优异的力学性能和良好的生物相容性等综合性能，成为高端装饰、手机背板、智能可穿戴设备外壳和珠宝等应用领域的优质材料，具有极大的实用潜力和广阔的市场需求。

3、文章亮点

本综述全面总结了彩色氧化锆陶瓷的研究进展。首先，本文介绍了彩色氧化锆陶瓷分别在电子通讯、高端装饰和生物材料领域的重要应用，然后分别总结了以过渡金属氧化物、稀土氧化物和尖晶石型氧化物为着色剂的彩色氧化锆陶瓷的研究现状及其显色机理，并指出了彩色氧化锆陶瓷的着色方法及对应的优缺点。最后，系统讨论了红色、蓝色和黑色氧化锆陶瓷的研究现状、存在问题及未来的发展方向，并阶段性总结了彩色氧化锆陶瓷的颜色和力学性能。

4、研究结果及结论

（1）介绍了彩色氧化锆陶瓷的重要应用领域。彩色氧化锆陶瓷结合了优异的机械性能和美学特性，以及对人体无过敏反应，在手机背板、手表表盘、表链和宝石首饰等领域具有极大的应用前景。另外，氧化锆陶瓷是一种生物惰性材料，具有化学性质稳定、生物相容性好、表面光泽度高、自然牙色等特点，广泛应用于牙科修复领域。

（2）总结了彩色氧化锆陶瓷的着色剂种类及其显色机理，并指出了彩色氧化锆陶瓷的着色方法及对应的优缺点。过渡金属氧化物和稀土氧化物着色剂具有着色能力强、着色稳定、工艺简单、操作方便等特点，在彩色氧化锆陶瓷的制备中得到广泛应用。尖晶石型氧化物着色剂由于其稳定的晶体结构，陶瓷在烧结时可以保持着色的高温稳定性。目前彩色氧化锆陶瓷主要的着色方法包括固相混合法、化学共沉淀法、液相前驱体浸渍法和化学包裹法等，并各具优势和不足。

（3）系统讨论了红色、蓝色和黑色氧化锆陶瓷的研究现状、存在问题及未来的发展方向，并阶段性总结了彩色氧化锆陶瓷的颜色和力学性能。对于红色氧化锆陶瓷，从最初的硫化物和Fe₂O₃着色到CeO₂还原的转变旨在改善陶瓷的红色度，但当Ce⁴⁺还原为Ce³⁺时，如何减小或消除氧空位引起陶瓷颜色变暗的不利影响是一个重大挑战。通过设计其他烧结助剂来调节陶瓷的价态平衡是未来的发展方向。对于蓝色氧化锆陶瓷而言，探索其他离子替代CoAl₂O₄中的钴离子着色为蓝色陶瓷着色剂的开发提供了新的思路，并维持陶瓷性能与经济之间的平衡。

在今后的研究中，探索新的着色剂组合以及机械性能的提升将促进彩色氧化锆陶瓷的发展。同时，追求创新的着色方法代表了未来研究的关键途径。展望未来，对彩色氧化锆陶瓷的组成、微观结构、颜色和性能之间的复杂关系的阐明和处理将成为未来研究的重点，这种整体方法对于设计和制造可定制性能的彩色氧化锆陶瓷是必不可少的，以满足各行业的需求，包括但不限于生物医学，电子和结构工程。

5、作者及研究团队简介

通讯作者：李江

李江（通讯作者），中国科学院上海硅酸盐研究所研究员，博士生导师，国家重点研发计划项目首席科学家。现任《无机材料学报》副主编、Journal of the American Ceramic Society副编辑（Associate editor）、International Journal of Applied Ceramic Technology副编辑（Associate editor）、Journal of Advanced Ceramics、Magnetochemistry、《现代技术陶瓷》、《人工晶体学报》、《功能材料与器件学报》等期刊的编委。目前主要从事光功能透明陶瓷（包括：激光陶瓷、闪烁陶瓷、磁光陶瓷、荧光陶瓷、长余辉发光陶瓷等）的基础与应用研究。连续3年入选美国斯坦福大学发布的“终身科学影响力排行榜”（全球前2%顶尖科学家榜单）。受邀在国内外重要学术会议上做邀请报告60余次（20余次担任分会主席）。以项目负责人承担国家重点研发项目重点专项、国家自然科学基金项目、中国科学院前沿科学重点项目等20余项。迄今在国内外重要学术期刊上发表论文436篇（其中SCI收录373篇，第一作者及通讯作者269篇）；合著科学出版社专著《高温结构陶瓷研究浅论》和《先进光功能透明陶瓷》2部；合译高等教育出版社专著《发光材料》1部；参与2部英文专著Modern Inorganic Synthetic Chemistry（Elsevier出版社）和《Processing of Ceramics: Breakthroughs in Optical Materials》（Wiley出版社）部分章节的撰写；申请中国发明专利50余项（其中授权25项）。

第一作者：杨雨蝶

江苏大学与中国科学院上海硅酸盐研究所联合培养的硕士研究生，主要从事彩色氧化锆陶瓷的组分设计与性能优化方面的研究工作，已发表SCI论文3篇。

《先进陶瓷（英文）》（Journal of Advanced Ceramics）期刊简介

《先进陶瓷（英文）》于2012年创刊，清华大学主办，清华大学出版社出版，由清华大学材料学院新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室提供学术支持，主编为中国工程院院士、清华大学李龙土教授。该刊主要发表先进陶瓷领域的高质量原创性研究和综述类学术论文，涉及先进陶瓷的制备、结构表征、性能评价的各个细节，尤其侧重新材料研制和先进陶瓷基础科学研究等重要方面，致力于在世界先进陶瓷领域搭建学术交流平台，引领和促进先进陶瓷学科的发展。已被SCIE、Ei Compendex、Scopus、DOAJ、CSCD等数据库收录。现为月刊，年发文量近200篇，2024年6月发布的影响因子为18.6，位列Web of Science核心合集中“材料科学，陶瓷”学科31种同类期刊第1名。2019年入选“中国科技期刊卓越行动计划”梯队期刊项目。

期刊主页：https://www.sciopen.com/journal/2226-4108

投稿地址：https://mc03.manuscriptcentral.com/jacer