孫舒明，王家邦，田 豐

（1.浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，浙江杭州 310027；2.浙江大學(xué)蘇州工業(yè)技術(shù)研究院，江蘇蘇州 215163）

不同著色方法下Y-TZp的透光性及色度學(xué)研究

孫舒明1，王家邦1，田 豐2

（1.浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，浙江杭州 310027；2.浙江大學(xué)蘇州工業(yè)技術(shù)研究院，江蘇蘇州 215163）

本文以Zr OCl2·8 H2O和Y2O3為原料，氨水作為沉淀劑，采用化學(xué)共沉淀的方法制備納米Zr O2（3Y）粉體，經(jīng)過(guò)干壓-冷等靜壓成型、二次燒結(jié)工藝制備出四種不同著色方法的著色Y-TZP;以Fe2O3和CeO2作為著色劑，研究了不同著色方法對(duì)Y-TZP硬度、透光率及色度的影響。研究結(jié)果表明：化學(xué)共沉淀所制備的Zr O2（3Y）粉體粒徑為30nm左右，XRD圖譜顯示其晶相主要為四方相; Fe2O3和CeO2氧化物與粉體機(jī)械混合（方法B）使著色Y-TZP的硬度下降最大，共沉淀原位生成著色劑（方法A）在兩種氧化物著色摻雜中的硬度表現(xiàn)均較好;Fe2O3和CeO2的加入均會(huì)降低Y-TZP的可見光透過(guò)率，不同著色方法中，方法B對(duì)透過(guò)率的負(fù)面作用最大;Fe2O3作為著色劑時(shí)，素胚浸泡著色液（方法D）所得Y-TZP透過(guò)率較低（次低），而CeO2作為著色劑時(shí)，采用方法D所得Y-TZP透過(guò)率最高;Fe2O3作為著色劑時(shí)，不同著色方法對(duì)Y-TZP明度、色品影響較大，方法D中的色差最大，而CeO2作為著色劑時(shí)，著色方法對(duì)Y-TZP明度、色品影響較小。

Y-TZP;著色方法;透光性;色度學(xué)

1 引 言

隨著人們生活水平的提高，對(duì)牙科修復(fù)材料提出了更高的要求。近二十年以來(lái)，陶瓷基牙科修復(fù)體因其高強(qiáng)度與美觀性、高生物相容性得到了廣泛的應(yīng)用，成為牙科修復(fù)材料的寵兒。在陶瓷修復(fù)體中，穩(wěn)定相的氧化鋯被認(rèn)為是最理想的修復(fù)材料。與其他陶瓷修復(fù)體相比（Al基，Al-Zr復(fù)合基，Ce-Zr復(fù)合基等），其在斷裂韌性方面表現(xiàn)尤為突出。目前應(yīng)用于牙科修復(fù)的氧化鋯可分為三類［1］：立方相穩(wěn)定Zr O2（CSZ）、四方相穩(wěn)定Zr O2（TZP）和部分穩(wěn)定Zr O2（PSZ）。常見的穩(wěn)定添加劑有CaO、MgO、CeO2及Y2O3。其中四方相穩(wěn)定3Y-TZP應(yīng)用最為廣泛，這得益于其高強(qiáng)度和四方相向單斜相轉(zhuǎn)變時(shí)體積膨脹所帶來(lái)的高韌性［2-3］。因此TZP特別適用于后牙修復(fù)（后牙要承受咀嚼時(shí)的高應(yīng)力）。

但是，氧化鋯牙科修復(fù)體系也存在不足的地方。其一是氧化鋯本身呈現(xiàn)的白堊色與天然牙存在一定差別。其二是氧化鋯牙科修復(fù)體的透明度不足，特別是與Al基修復(fù)體相比。因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在氧化鋯牙科修復(fù)體的色度調(diào)控與透明度提高方面做了很多研究。

色度匹配主要采用兩種方式調(diào)控，一是在陶瓷基體上上釉，進(jìn)行遮色處理。此種方法雖然顏色調(diào)控容易控制，但是會(huì)損失一部分透光性能。另外如何提高基底層與修飾瓷層間的結(jié)合強(qiáng)度也是需要考慮的問(wèn)題。Albakry［4］指出保證修飾層-基底層間以粗糙面結(jié)合，在機(jī)械“鎖結(jié)”的作用下可提高強(qiáng)度，與此同時(shí)何帥等［5］指出這種粗糙界面會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中，反而會(huì)降低其結(jié)合強(qiáng)度;另外一種色度調(diào)控的方式是在基體內(nèi)添加過(guò)渡金屬和稀土氧化物。著色劑的顏色主要取決于離子的結(jié)構(gòu)、離子半徑、電價(jià)、配位數(shù)及離子間相互極化。黃慧、李德超等［6-7］研究了多種氧化物對(duì)Y-TZP顏色的影響。

影響TZP透光性的因素有很多，從制備工藝上講，燒結(jié)方法［8］、溫度、氣氛，添加劑等都會(huì)影響TZP的透光性。這些因素都會(huì)影響TZP燒結(jié)體的體積密度、氣孔率及晶粒尺寸。Brodbelt［9］認(rèn)為散射對(duì)牙科陶瓷透光率的影響很大。由于Y-TZP的禁帶寬度為5.2ev，比波長(zhǎng)400nm（3.1ev）的能量大，光線進(jìn)入YTZP時(shí)并沒有本征吸收［10］。引發(fā)散射的散射點(diǎn)有很多種，其中氣孔、雜質(zhì)、晶界是最為主要的。氣孔或雜質(zhì)在光學(xué)上都可以認(rèn)為是第二相，其與基體的折射率存在較大差異從而導(dǎo)致散射損失。對(duì)于Y-TZP來(lái)說(shuō)，由于其具有雙折射率的特點(diǎn)，對(duì)光能的損失也很嚴(yán)重。

國(guó)內(nèi)就著色方法對(duì)Y-TZP透光性及色度的影響的報(bào)道較少。馬婷婷等［11］研究了染色液浸泡素胚和氧化物粉體混合兩種著色方式對(duì)Y-TZP/飾面瓷層雙層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響。本文選取Fe2O3、CeO2作為著色劑，研究了四種著色方法對(duì)Y-TZP透光性及色度的影響。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)原料和制備方法

Zr O2（3Y）納米粉制備：以Zr OCl2·8 H2O（AR）和Y2O3（AR）為原料，氨水作為沉淀劑，采用化學(xué)共沉淀的方法制備納米Zr O2（3Y）粉體。按3mol釔穩(wěn)定氧化鋯組分，在60℃將一定量的Y2O3溶于Zr OCl2水溶液中，配制成0.4mol/L的鹽溶液。所得的鹽溶液以5ml/min的速率添加到氨水（1：10稀釋）中，并在氨水中添加PEG-6000（AR）作為分散劑（添加量為沉淀反應(yīng)所得前驅(qū)體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1％）?？刂汽}溶液的滴加量調(diào)整溶液p H=10，繼續(xù)反應(yīng)30min，陳化24h。前驅(qū)體經(jīng)去離子水清洗至Ag NO3溶液檢測(cè)不出Cl-為止，洗凈的前驅(qū)體與一定量的正丁醇（前驅(qū)體所含水分與正丁醇的質(zhì)量比為3：7）在機(jī)械攪拌及25KHz的超聲作用下混合均勻。經(jīng)共沸蒸餾后，120℃烘干12h。前驅(qū)體的熱處理溫度為650℃，熱處理后經(jīng)充分球磨得到Zr O2（3Y）納米粉。

Y-TZP的制備：采用兩步燒結(jié)法制備Y-TZP，化學(xué)共沉淀所得Zr O2（3Y）納米粉造粒后（2.5wt％ PVA作為粘結(jié)劑）經(jīng)4MPa干壓、250MPa冷等靜壓成型。緩慢升溫至950℃預(yù)燒結(jié)后獲得可加工性能良好的Y-TZP素胚，預(yù)燒結(jié)的目的在于排膠和將素胚加工至后續(xù)測(cè)試所需尺寸。素胚終燒溫度為1470℃，保溫2h，升溫速率為300℃/h。

綜上所述，井底支架組裝硐室擴(kuò)砌工作的順利完成，解決了五陽(yáng)煤礦8000型支架下井組裝問(wèn)題，為五陽(yáng)煤礦綜采工作面頂板安全提供保障，為今后大斷面巖巷砌筑工程提供依據(jù)。

著色Y-TZP的制備：本文采用四種著色方法，即共沉淀原位生成、著色劑與Zr O2（3Y）納米粉機(jī)械混合、著色液浸泡Zr O2（3Y）造粒粉、著色液浸泡Y-TZP素胚，為方便討論，將上述四種著色方法分別簡(jiǎn)稱為方法A、方法B、方法C、方法D。本文選擇了Fe2O3和CeO2作為著色劑。其中在共沉淀原位生成著色劑中，分別將一定量的Fe（NO3）3·9 H2O（AR）、Ce（NO3）3· 6 H2O（AR）溶于Zr4+溶液;著色劑與Y-TZP納米粉機(jī)械混合中，首先將一定量的Fe2O3（AR）、CeO2（AR）與無(wú)水乙醇（AR）球磨混合5h，并向該體系添加適量PEG-6000，充分球磨后加入一定量的Zr O2（3Y）納米粉;著色液浸泡Zr O2（3Y）造粒粉中，本實(shí)驗(yàn)所用的Zr O2（3Y）造粒粉吸水率為75％，將一定量的造粒粉加入到一定濃度的Fe（NO3）3（硝酸酸化）、Ce（NO3）3溶液中，浸泡30min后，經(jīng)過(guò)濾、烘干得到著色Zr O2（3Y）造粒粉;著色液浸泡Y-TZP素胚中，本實(shí)驗(yàn)所制備的素胚在常壓下的吸收率為15％，將素胚浸泡在一定濃度的Fe（NO3）3（硝酸酸化）、Ce（NO3）3溶液中30min后，用吸飽相應(yīng)溶液的棉布擦拭素胚表面多余的液體，經(jīng)烘干得到著色Y-TZP素胚。本文分別選擇了0.05，0.20wt％Fe2O3和1.0，4.0wt％CeO2作為著色劑，研究其在不同著色方法下對(duì)Y-TZP性能的影響。

2.2 測(cè)試方法

粉體及燒結(jié)體物相與形貌分析：利用X射線衍射儀（北京普析XD-3型）分析Zr O2（3Y）粉體物相組成;使用TEM（日本JEM1200EX型）觀察Zr O2（3Y）粉體表面形貌。

硬度測(cè)試：試件經(jīng)單面拋光，采用維氏硬度計(jì)（上海MHVD-5MP型）測(cè)量試件硬度，每個(gè)試件取不同位置測(cè)量5次。試驗(yàn)載荷2kgf，保壓時(shí)間10s，按式（1）計(jì)算硬度。

Y-TZP透光性分析：經(jīng)打磨，兩面拋光制成直徑25mm，厚度1mm的圓片試件備用。使用紫外-可見分光光度計(jì)（日本Hitachi UV-3150型），利用積分球附件測(cè)量著色Y-TZP在可見光范圍內(nèi)的全透射率（波長(zhǎng)范圍350～800nm）。

Y-TZP色度學(xué)分析：試件經(jīng)打磨制成直徑25mm，厚度2mm的圓片試件備用，參照GB/3979—2008物體色的測(cè)量方法［12］，利用分光光度計(jì)測(cè)得反射比（波長(zhǎng)范圍380～780nm），根據(jù)式（2），利用色刺激函數(shù)及色匹配函數(shù)計(jì)算出物體色的三刺激值X10、Y10、Z10，并按式（3）轉(zhuǎn)化為CIE 1976 L*a*b*均勻色空間坐標(biāo)。利用CIE 1976 L*a*b*色差公式（式（3））計(jì)算色差。

其中Xn、Yn、Zn為參照白的三刺激值，即測(cè)試光源色的三刺激值。

各試件間的色度差異按CIE1976色差公式（式（4）計(jì)算。

試驗(yàn)所用光源為標(biāo)準(zhǔn)A光源，觀測(cè)條件：0/d，并采用CIE 1964 10°標(biāo)準(zhǔn)觀察者色匹配函數(shù)。

3 結(jié)果與討論

3.1 ZrO2（3Y）粉體表征

圖1所示的是采用化學(xué)共沉淀制備的Zr O2（3Y）粉體的TEM照片。試驗(yàn)中加入適量PEG，清洗前驅(qū)體時(shí)利用超聲波進(jìn)行分散，熱處理溫度為650℃。可以看出，Zr O2（3Y）納米粉體分散性較好，粒徑大小約為30nm左右。

圖1 共沉淀法制備Zr O2（3Y）納米粉的TEM照片F(xiàn)ig.1 TEM photograph of the nano Zr O2（3Y）prepared by a co-precipitation process

圖2為采用共沉淀的方法制備的無(wú)摻雜Zr O2（3Y）粉體、0.20 wt％Fe2O3摻雜，4.0 wt％CeO2摻雜三種粉體的XRD圖譜。從圖譜中可以看到，三種粉體的衍射圖譜與標(biāo)準(zhǔn)卡片80-0784對(duì)應(yīng)良好。由此可知熱處理溫度為650℃時(shí)，粉體已完全轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较?，且結(jié)晶度良好。另外三種粉體中均出現(xiàn)少量單斜相（28.182°，31.472°），特別是4.0 wt％CeO2摻雜的粉體中該峰強(qiáng)度最高。由此可知上述兩種粉體中含有少量單斜相（m相）。

3.2 不同著色方法下Y-TZp的維氏硬度

本文測(cè)得無(wú)著色劑添加的Y-TZP硬度為1475.6（±18.9）kg/mm2，由圖3可以發(fā)現(xiàn)著色劑Fe2O3和CeO2對(duì)Y-TZP的硬度有一定影響，隨著著色劑添加量的增大，硬度有下降的趨勢(shì)，這與伊元夫［13］的研究相一致。在四種著色方法中，方法B（氧化物與Zr O2（3Y）粉體機(jī)械混合）所得的著色Y-TZP硬度最低，A、C著色方法硬度最高，D方法次之。Shah K和Guo Fangwei指出［14-15］著色劑Fe2O3和CeO2的加入，會(huì)使Y-TZP的晶粒異常長(zhǎng)大，這是其硬度下降的原因。而四種方法中，方法B是利用球磨的方式將著色劑與Zr O2（3Y）粉體進(jìn)行機(jī)械混合，其混合的均勻性是四種方法中最差的。另外，方法B中，球磨混合破壞了原Zr O2（3Y）造粒粉的形貌，使其失去在壓力成型時(shí)的流動(dòng)能力。這都會(huì)導(dǎo)致Fe2O3和CeO2在Y-TZP基體中分散不均勻，進(jìn)而導(dǎo)致上述晶粒異常長(zhǎng)大現(xiàn)象更為嚴(yán)重，所以方法B所得的著色Y-TZP硬度最低。

圖2 由共沉淀法所得的三種ZrO2（3Y）納米粉體的XRD圖譜（A）4.0 wt％CeO2摻雜;（B）0.20 wt％Fe2O3摻雜;（C）無(wú)摻雜Fig.2 XRD patterns of three nano Zr O2（3Y）powders（A）4.0 wt％CeO2;（B）0.20 wt％Fe2O3doped;（C）doped Undoped，through a co-precipitation process

圖3 不同著色方法對(duì)Y-TZP維氏硬度的影響A：共沉淀?yè)诫s;B：機(jī)械混合;C：浸泡造粒粉;D：浸泡素胚Fig.3 Effects of colored methods on Hardness A：doped during co-precipitation，B：powders mixed by a ball mill，C：powders soaked in colored liquids，D：bricks soaked in colored liquids

方法C（用著色液浸泡造粒粉體）中，造粒粉表面存在很多孔隙，孔隙中吸飽著色劑，經(jīng)烘干，著色劑在粉體中的分布比較均勻。所以在Fe2O3和CeO2著色Y-TZP中，方法C所得的硬度值都與方法A相當(dāng)。

從圖3中還可以發(fā)現(xiàn)0.20wt％Fe2O3作為著色劑時(shí)，方法D所得的硬度只有1279kg/mm2，比A方法的降低30kg/mm2。其原因有兩個(gè)，（1）對(duì)于方法D中的浸泡素胚，F(xiàn)e3+離子隨溶液浸泡在素胚的顯氣孔中，F(xiàn)e3+離子不能滲透到素胚內(nèi)部。這導(dǎo)致燒結(jié)后YTZP表面的Fe2O3含量高于燒結(jié)體的平均含量，如前所述，F(xiàn)e2O3的含量增加會(huì)導(dǎo)致其硬度下降;（2）Fe3+在水中的水解能力很強(qiáng)，容易形成Fe（OH）3膠體，本實(shí)驗(yàn)用HNO3酸化以抑制Fe3+的水解。而浸泡完畢的胚體在烘干過(guò)程中，HNO3會(huì)逐漸揮發(fā)，體系的p H增加，F(xiàn)e3+再次水解。水解后的Fe（OH）3膠粒團(tuán)聚在一起也會(huì)導(dǎo)致燒結(jié)后Y-TZP表面的Fe2O3含量分布不均勻。在0.05wt％Fe2O3作為著色劑時(shí)，由于Fe3+濃度偏低，上述現(xiàn)象并不嚴(yán)重，其硬度值下降并不嚴(yán)重。而Ce4+不像Fe3+存在劇烈水解，方法D中制備的CeO2著色Y-TZP硬度值與其他三種方法區(qū)別不大。

綜上所述，上述四種著色方法中，方法A（共沉淀原位生成著色劑）與方法C（造粒粉浸泡著色液）對(duì)YTZP的硬度影響最小，而方法B（著色劑與粉體機(jī)械混合）對(duì)Y-TZP的硬度影響最大，所得硬度值最低。

圖4 不同著色方法下Fe2 O3對(duì)Y-TZP可見光透過(guò)率的影響Fig.4 Effects of Fe2O3dopant on visible light transmission

3.3 不同著色方法下Y-TZp的透光性

圖4為不同著色方法下Fe2O3對(duì)Y-TZP透光性的影響。由圖4可知，著色劑Fe2O3降低了Y-TZP在可見光范圍內(nèi)的透過(guò)率，特別是在400～500nm波段，透過(guò)率有明顯降低，而未摻雜的Y-TZP的透過(guò)率在波長(zhǎng)425nm左右時(shí)才開始有明顯下降。且隨著Fe2O3含量的增加（0.05～0.20wt％），透過(guò)率呈下降趨勢(shì)。如圖4（a），當(dāng)Fe2O3添加量為0.05wt％時(shí)，方法A、C、D中，Y-TZP在可見光各波段的透過(guò)率基本吻合，而方法B中的透過(guò)率較前三者有明顯降低。方法B中是利用球磨的方式混合原料，本實(shí)驗(yàn)所用的納米粉Fe2O3與Zr O2（3Y）并不能在球磨的作用下均勻混合。而另外三種方法：A是原位形成Fe2O3，在控制好沉淀反應(yīng)的基礎(chǔ)上，容易得到原子尺度上的均勻混合;方法C和方法D則是利用Fe3+隨著色液均勻分散在造粒粉孔隙間或素胚顯氣孔內(nèi)，之后再在高溫下生成Fe2O3，其分散程度也較好。圖4（b）顯示的是0.20wt％Fe2O3作為著色添加劑時(shí)，Y-TZP在不同著色方法下的透過(guò)率?？傮w上講，四種著色方法對(duì)透過(guò)率影響的趨勢(shì)一致。不同的是：Fe2O3含量為0.20wt％時(shí)，方法D所得的透過(guò)率比方法A、C中的要低。如前文所述，在方法D中獲得高組分Fe2O3著色的Y-TZP，需要更高濃度的著色液，而由Fe3+水解所帶來(lái)的負(fù)面影響就被放大。方法C中也存在上述問(wèn)題，但是造粒粉體的吸水率約是素胚吸水率的5倍，所以制備相同F(xiàn)e2O3組分的Y-TZP時(shí)，方法C中所需Fe3+的濃度僅為方法D的1/5。所以，上述的負(fù)面影響相比方法D中的負(fù)面影響要小得多。所以方法C中的透過(guò)率比方法D中的高，僅僅比方法A有較小的下降。

圖5為不同著色方法下CeO2對(duì)Y-TZP透光性的影響。對(duì)比圖4中Fe2O3對(duì)Y-TZP透光性的影響，CeO2對(duì)Y-TZP透光性的影響趨勢(shì)與前者相似，著色劑CeO2的加入都會(huì)降低Y-TZP在可見光范圍內(nèi)的透過(guò)率，并且隨著添加量的增加透過(guò)率會(huì)降低。另外，方法B中所得Y-TZP的透過(guò)率也是四種方法中最低的。再一次證實(shí)了粉體直接混合摻雜著色的不均勻性。不同的是著色劑CeO2對(duì)Y-TZP透過(guò)率的影響較Fe2O3要小。特別是CeO2含量為1.0wt％時(shí)（圖5-a），其透過(guò)率與無(wú)摻雜Y-TZP相差不大。從圖中可以發(fā)現(xiàn)另外一個(gè)重要區(qū)別，方法D在CeO2為著色劑時(shí)，Y-TZP透過(guò)率為四種方法中的最高，這與圖4中的方法D的表現(xiàn)相差較遠(yuǎn)。原因在于：方法D中著色部位僅為素胚顯氣孔部分及燒結(jié)過(guò)程中CeO2向心部的擴(kuò)散遷移，這種擴(kuò)散遷移作用十分有限，很難使CeO2在整個(gè)燒結(jié)體內(nèi)均一分布。而其導(dǎo)致的結(jié)果是CeO2含量從表層到心部逐漸降低。為方便討論，我們把該方法下制備的燒結(jié)體從表層到心部分為三部分：表層、中間部分、心部。顯而易見，表層是透過(guò)率最低的一層，而心部最高。我們可以認(rèn)為中間部分的CeO2含量為4.0wt％，與其他三種方法下的相同，該部分的透過(guò)率也應(yīng)與之類似。CeO2含量的增加對(duì)Y-TZP的透過(guò)率影響并不十分明顯。這導(dǎo)致表層對(duì)透過(guò)率的降低作用小于心部對(duì)透過(guò)率的增益效果。因此，綜合三部分的透過(guò)率反而高于方法A、C中的。

3.4 不同著色方法下Y-TZp的色度分析

圖6顯示的是Fe2O3、CeO2分別作為著色劑，在不同著色方法下，Y-TZP明度指數(shù)（L*）及色品指數(shù)（a*、b*）的變化。圖中的L0、a0、b0代表的是未摻雜Y-TZP的明度指數(shù)及色品指數(shù)（圖中以單劃線標(biāo)出）。其中明度指數(shù)L*越大代表明度越高（取值范圍從0到100），色品指數(shù)a*代表紅綠方向上的顏色變化，取值范圍從80（紅色）到-80（綠色），b*代表藍(lán)黃方向上的顏色變化，取值范圍從80（黃色）到-80（藍(lán)色）。從圖6（a）可以看出，0.20wt％Fe2O3作為著色劑時(shí)，不同著色方法對(duì)Y-TZP的L*、a*、b*均有影響。添加Fe2O3時(shí)，Y-TZP的明度值從未摻雜時(shí)的94.03下降到四種著色方法下的平均值78.47±2.25，色品值a*、b*均有所提高，a*從未摻雜時(shí)的-0.36增加到10.17（3.57），b*則從4.07增加到27.87±8.66。這與黃慧［4］的研究相一致。

圖6 不同著色方法對(duì)Y-TZP色度的影響（a）0.20wt％Fe2O3為著色劑;（b）4.0wt％CeO2為著色劑Fig.6 Effects of colored methods on color parameters（a）0.20wt％Fe2O3doped;（b）4.0wt％CeO2doped.

在四種著色方法中，方法A對(duì)明度指數(shù)的降低及色品指數(shù)的提高幅度最小，而方法D對(duì)明度及色品影響最大，特別是對(duì)b*有顯著的提高。b*值越大代表物體顏色中的黃色色品就越多，這與實(shí)際制備出的樣品顏色相一致。方法D中的樣品相比其他三種顏色偏深、偏黃，其色品中還略帶紅褐色。這與其a*值偏高的試驗(yàn)結(jié)果相符。表1中的ΔE（a）表示的是0.20 wt％Fe2O3作為著色劑時(shí)，不同著色方法制備的YTZP與方法A制備的Y-TZP間的色差，可以看出方法D與方法A之間的色差高達(dá)21.96。人眼無(wú)法分辨出色差值ΔE＜1的顏色差異。ΔE＞5時(shí)，視覺效果上就比較容易分辨出差異，ΔE＞10時(shí)，視覺效果上有顯著差異。方法B、C與方法A之間的差異相當(dāng)，均在6～8之間。造成上述差異的主要原因是，不同方法間Fe2O3在Y-TZP基體中的分布不一致造成的。由于上述明度及色品是對(duì)物體整體顏色的評(píng)價(jià)，F(xiàn)e2O3的分布情況對(duì)顏色測(cè)量結(jié)果的影響中，宏觀分布要比微觀分布影響大。方法D中制備Y-TZP其表面到心部Fe2O3的含量存在較大差異，這導(dǎo)致了方法D與其他三種方法存在較大色差。

表1 不同著色方法與方法A之間的色差Table 1 Color differences between different colored methods and A，ΔE（a）is the color differences showed in Fig.6（a）while ΔE（b）reling on Fig.6（b）

從圖6（b）中可以看出，4.0 wt％CeO2對(duì)Y-TZP的明度指數(shù)L*影響較小，CeO2的加入略微降低了YTZP的明度，從未摻雜時(shí)的94.03下降到91.66± 1.19;色品指數(shù)a*的變化也較小，從未摻雜時(shí)的-0.36增大到1.84±0.33。CeO2的加入主要影響色品指數(shù)b*，從未摻雜時(shí)的4.07增大到27.92±1.36。這與CeO2使Y-TZP呈現(xiàn)黃色的試驗(yàn)現(xiàn)象相符。結(jié)合表1中ΔE（b）可以看出，方法A與其他三種方法間的色差ΔE均小于5，色度差異并不十分明顯。相比于圖6（a）可以得出，采用不同著色方法，F(xiàn)e2O3對(duì)YTZP色度差異影響較大，而CeO2則較小。

4 結(jié) 論

1.著色劑Fe2O3、CeO2的加入均會(huì)降低Y-TZP的硬度，但影響有限。在四種著色方法中，方法A（共沉淀原位生成著色劑）所得Y-TZP的硬度最高，方法B（氧化物與粉體機(jī)械混合）所得Y-TZP硬度最低;不同著色方法下的硬度差異主要是因?yàn)橹珓‵e2O3、CeO2）分布不均一所致。

2.Fe2O3、CeO2作為著色劑均會(huì)降低Y-TZP在可見光范圍內(nèi)的透過(guò)率，其中Fe2O3對(duì)透過(guò)率的影響較大。四種著色方法中，方法B（著色劑與粉體機(jī)械混合）對(duì)透過(guò)率影響最大;方法D（素胚浸泡著色液）在Fe2O3和CeO2的著色中表現(xiàn)并不一致：在Fe2O3作為著色劑時(shí)，采用方法D所得Y-TZP的透過(guò)率較低（為四種方法中的次低），而以CeO2作為著色劑時(shí)，采用方法D所得Y-TZP的透過(guò)率最高，不影響使用效果。

3.Fe2O3作為著色劑會(huì)明顯降低Y-TZP的明度指數(shù)L*，提高其色品指數(shù)（a*、b*），而CeO2主要影響是提高了色品指數(shù)b*，對(duì)L*、a*的影響較小;四種著色方法中，方法D在Fe2O3作為著色劑時(shí)對(duì)色度指數(shù)影響較大，較其他三種著色方法，其明度L*顯著下降，色品指數(shù)（a*、b*）均明顯提高;在CeO2作為著色劑時(shí)，四種著色方法所得Y-TZP色差較小，一致性好。

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Effects of Coloring Methods on the Translucency and Chromaticity of Y-TZp

SUN Shu-ming1，WANG Jia-bang1，TIAN Feng2
（1.School of Materials Science and Engineering，ZheJiang University，Hangzhou 310027，China; 2.Suzhou Industrial Technology Research Insititute of ZheJiang University，Suzhou 215163，China）

Yttria-stabilized zirconia powders were synthesized by co-precipitation route in this paper.YTZP ceramics colored with 4 coloring methods were prepared by first dry pressing，cold isostatic pressing and then sintering.The effect of coloring method on vickers hardness，translucency and chromaticity of the colored ceramics were investigated.The ceramics was first identified as a tetragonal phase with its grain size of about 30nm.Colored Y-TZP prepared by method A had excellent performance in Vickers hardness test while the sample by method B showed poor properties.The decline on light transmittance of Y-TZP ceramic was apparent with the increase of Fe2O3and reached a peak in method B.However，when CeO2was put into Y-TZP ceramic，the outcomes were opposite.Compared with the sample with CeO2dopant，effects on chromaticity of Y-TZP ceramic doped with Fe2O3through different coloring methods showed greater difference.

Y-TZP;colored methods;translucency;chromaticity

TQ171

A

10.14136/j.cnki.issn 1673-2812.2016.03.009

1673-2812（2016）03-0378-06

2015-04-30;

2015-05-29

孫舒明（1989-），男，碩士，研究方向：氧化鋯陶瓷，E-mail：21226116@zju.edu.cn。

王家邦，副教授，E-mail：msewjbang@zju.edu.cn。