22 Сен

СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ГРАНАТОВЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ПИГМЕНТОВ




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Керамические пигменты широко применяются в фарфоро — фаянсовом производстве для декорирования изделий, окрашивания масс и глазурей. Их получают в основном методом твёрдофазового синтеза при высоких температурах из химически чистых реагентов или отходов.

В пигментах наиболее распространенными носителями цвета являются хромофоры. Это атомы или атомные группы, обладающие способностью придавать тот или иной цвет веществам, в составе которых они находятся. Одной из наиболее полных является классификация, основанная на кристаллической структуре основной фазы. Согласно этой классификации пигментов,  они могут быть шпинельными, гранатовыми, цирконовыми и др.[1]

Гранаты представляют собой группу минералов, которые отличаются по составу, но имеющих аналогичную химическую формулу и однородный внешний вид самих кристаллов.[2] Прозрачные и интенсивно окрашенные гранаты пользуются большим спросом как драгоценные камни. В последние годы исследователи из разных стран работают над синтезом, характеристиками и определением свойств различных типов гранатовых керамических пигментов, полученных из традиционного сырья, а также путём использования различных отходов.[3,4]

Целью данной работы является синтез, характеристика и исследование гранатовых керамических пигментов в системах CaO.Fe2O3.SiO2 и CaO.Cr2O3.SiO2.

Составы гранатовых керамических пигментов определяли исходя из стехиометрии основных минералов андрадита и уваровита. Был выбран следующий состав пигментов — 3CaO.Fe2O3.3SiO2  и 3CaO.Cr2O3.3SiO2. В синтезе использовали минерализатор H3BO3 для снижения температуры синтеза. Материалами  используемыми для синтеза являются CaO, Fe2O3, Cr2O3, SiO2.nH2O и H3BO3. Сырьевой материал, используемый для введения в системы SiO2 является SiO2.nH2O, т.к. значительно более реакционноспособный, чем обычный кварцевый песок.

Самый важный момент от которого зависит надежность технологии и стабильность качества готового пигмента – это способ подготовки шихты. Подготовленная по рецепту шихта была гомогенизирована в планетарной мельнице Pulverizete 6 фирмы “FRITCH” сухим способом. Полученная масса подвергалась термической обработке в температурном интервале от 800оС до 1200оС (с шагом в 100оС) с задержкой при максимальной температуре – 2 часа.

Полученные таким образом пигменты были исследованы с помощью рентгенофазового анализа аппаратом IRIS, электронного парамагнитного резонанса апаратом BRUKER EMX, а цветовые координаты были сняты с помощью спектрального тинтометра Lovibont Tintometer RT100. Рентгенограммы синтезированных пигментов представлены на рис.1 и рис.2

bezymyannyjbezymyannyj1

Рис.1  Рентгенограммы керамических пигментов 3CaO.Fe2O3.3SiO2 при разных температурах:  1000оС ( A )  и 1100оС ( B ) :

  • — Андрадит Ca3Fe2Si3O12 — 79 — 1659         □ – Волластонит  CaSiO3 — 84 — 0654

  ◊ —  Гематит  Fe2O3 — 89 — 0599                       ○ – Кристобалит SiO2   — 76 — 0941

bezymyannyj2bezymyannyj3

Рис.2  Рентгенограммы керамических пигментов 3CaO.Cr2O3.3SiO2 при разных температурах:  900оС ( A )  и 1100оС ( B ) :

  • — Уваровит  Ca3Cr2Si3O12 — 87 — 1007     ▲ — Волластонит CaSiO3 — 84 — 0654

       ◊  — Кристобалит  SiO2   — 89 — 3434            □  — Кварц SiO2 — 79 – 1910

       ○  — Оксид хрома (III) Cr2O3 — 82 — 1484

Методом рентгенофазового анализа было подтверждено наличие следующих фаз в пигментах: в 3CaO.Fe2O3.3SiO2 —  андрадит, волластонит,  гематит  и  кристобалит, а в пигментах 3CaO.Cr2O3.3SiO2 —  уваровит, волластонит,  оксид хрома, кристобалит и кварц. С повышением температуры замечается  увеличение  интенсивности пиков основных гранатовых фаз — андрадита и уваровита.

ЭПР спектр пигмента в системе 3CaO.Cr2O3.3SiO2 (рис.3) состоит из широкого симметричного сигнала со следующими параметрами  при 295К:  g=1.9995, ΔHpp=240mT. Параметры  полученного парамагнитного ЭПР сигнала позволяют отнести ионы Cr3+ как включенных в кристаллической решетке граната уваровит — Ca3Cr2Si3O12.

bezymyannyj4

Рис.3. ЭПР спектр зеленого пигмента при 120К, 160К, 200К, 240К и 295К

Цветовые координаты пигментов были определены в системе  CIELab (рис.4):  L* — яркость; L* = 0 — черный цвет; L* = 100 — белый цвет;

a* — зеленый цвет(-)/ красный цвет(+);  b* — синий цвет(-)/ желтый цвет (+).

bezymyannyj5bezymyannyj6-2

Рис.4  Диаграмма цветности в системе  CIELab

     Табл. 1 Результаты определения цветовых координат пигментов

ПИГМЕНТ R G B L* a* b*
3CaO.Fe2O3.3SiO2

900oC

100,2 93,7 85,3 40,3 0.8 6,1
3CaO.Fe2O3.3SiO2

1000oC

106,6 97,6 89,4 41,8 1.8 5,6
3CaO.Fe2O3.3SiO2

1100oC

120,4 109,0 106,5 47.1 4,3 3,2
3CaO.Cr2O3.3SiO2

900oC

143,4 149.2 128.4 59,6 -10,2 9,2
3CaO.Cr2O3.3SiO2

1000oC

123,4 141.9 119,1 57,1 -10,9 9,9
3CaO.Cr2O3.3SiO2

1100oC

116,8 134,8 101,1 54,3 -13,4 15,9
3CaO.Cr2O3.3SiO2

1200oC

116,2 142,4 97,3 56,0 -18,1 21,5

 

Из представленных данных видно, что с повышением температуры обжига  увеличивается количество красного цвета (+а*) для коричневых пигментов и количество зеленного цвета (а*) для пигментов с участием хрома, при этом  увеличивается и параметр (+b*). Оптимальная температура  синтеза 1100⁰C.

 В результате исследования подтверждается возможность получения  гранатовых пигментов на основе андрадита и уваровита.  Присутствие минералов  было доказано рентгенофазовым анализом. Синтезированные  пигменты могут использоваться для окрашивания керамических глазурей.

Работа была выполнена при финансовой поддержке  РУ”А.Кънчев”проект 2016-ФРз-02

 

  Список литературы:

  1. Масленникова Г.Н., Пищ И.В., Керамические пигменты, Москва, Стройматериалы, 2009, 223с.
  2. Соболев Н.В., Классификация породообразующих гранатов, Доклады АН СССР, 1964, № 2, 157 с.
  3. Быстриков А.С., Петров Ю.Ф., Исследование синтеза хромового пигмента гранатового типа, Стекло и керамика , 1968, 8, 14-16
  4. Зайчук А.В., Зеленые керамические пигменты гранатового типа на базе гранулированного доменного шлака, Научные труды Русенского университета, 2013, т.52, сер. 10.1, 78-82
    СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ГРАНАТОВЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ПИГМЕНТОВ
    Целью данной работы является синтез новых гранатовых керамических пигментов. Зеленые и коричневые гранатовые керамические пигменты синтезируются при 800°C-1200°С. Полученные пигменты были исследованы с помощью рентгенофазового анализа и электронного парамагнитного резонанса. Цветовые характеристики были определены с Tintometr RT100 фирмы Lovibond. Лучшие пигменты используются в глазури для фаянса.
    Written by: Димитров Цветан Иванов
    Published by: Басаранович Екатерина
    Date Published: 12/06/2016
    Edition: euroasia-science_30_22.09.2016
    Available in: Ebook