BG4248U1 - Зелен керамичен пигмент на база гранат - уваровит - Google Patents

Abstract

Зелен пигмент с основна кристална фаза гранат - уваровит е получен посредством твърдофазен синтез. Използваните материали за синтеза са СаО, Сr2O3, SiO2.nH2O, а като минерализатор е прибавен Н3ВО3. Веществото, използвано за въвеждане на SiO2 в системата - SiO2.nH2O е много по-реактивоспособно от обикновения кварцов пясък, а размерите на частиците му са в границите от 2 до 7 µm. Така получената шихта се хомогенизира на сухо в планетарна мелница. Изпичането се извършва в лабораторна муфелна пещ със скорост на нагряване 300 - 400 градуса C/h във въздушна атмосфера, като сместа се поставя в порцеланов тигел с капак. Пигментът е изпечен при три температури: 900 градуса C, 1000 градуса C и 1100 градуса C с изотермична задръжка при максималната температура от 2 h. Данните от РФА показват, че основната фаза от граната - уваровит е напълно синтезирана при 1100 градуса C. Като допълнителни фази се наблюдават воластонит и кварц.

Description

(54) ЗЕЛЕН КЕРАМИЧЕН ПИГМЕНТ НА БАЗА ГРАНАТ - УВАРОВИТ

Област на техниката

Полезният модел се отнася до получаването на зелен на цвят керамичен пигмент на основа на база минерала гранат, тип уваровит. Този пигмент ще се използва за оцветяването на глазури за плочки в керамичната промишленост.

Предшестващо състояние на техниката

Керамичните пигменти са неорганични, оцветени фино-дисперсни прахове, които добавени към дадена среда й придават съответен цвят и променят някои нейни свойства.

Керамичните пигменти трябва да притежават следните свойства:

• Висока интензивност на цвета - това е способността на пигмента при смесването му с други материали да има висока интензивност на оцветяване. Колкото по-голяма интензивност на цвета притежава даден пигмент, толкова по-малко количество от него се прибавя към сместа, за да се получи желания резултат;

• Устойчивост към действието на високи температури;

• Устойчивост към разяждащото действие на силикатни стопилки при температурата на изпичане. Скоростта на разтваряне в стопен стъклен материал трябва да е много ниска въпреки особено фините размери на частиците. Тези свойства определят керамичните пигменти, като относително инертни материали. Именно по тази причина, ако даден цвят е подходящ за една температура на изпичане, не е подходящ за друга по висока. Например при температури на изпичане до 1200°С широко се използват пигментите на шпинелна основа [1, 2];

• Покривност - това е способността на пигмента при равномерното му нанасяне върху едноцветна повърхност да я оцветява равномерно;

• Светлоустойчивост и висок коефициент на пречупване на светлината - характеризира се с постоянството на оптичните показатели на пигментите при взаимодействие със светлината [3, 4].

Съединенията, които отговарят на тези условия са предимно безцветни. За да могат да играят ролята на пигменти, трябва да се оцветят изкуствено със субстанции, които имат оцветяващи свойства. Такива свойства имат главно съединенията на преходни d- или f- елементи, като ванадий, желязо, кобалт, манган, никел, хром, мед, празеодим и др. [5].

Цветът на повечето природни и синтезирани минерални вещества е свързан с наличието в техния състав на d- или f- елементи от периодичната система. За тези елементи са характерни незапълнени d- или fелектронни орбитали, което обуславя електронните преходи под действието на светлинната енергия [6].

В процеса на еволюцията окото на човека се е приспособило към възприемане на електромагнитните излъчвания с дължина на вълната в границите от 380 до 760 nm, следователно това е областта на видимия спектър. Различните участъци от спектъра предизвикват следните зрителни усещания:

380 - 430 nm: виолетов цвят, 430 - 470 nm: син цвят

470 - 500 nm: небесно син цвят (синьо - зелено), 500 - 530 nm: зелен цвят

530 - 560 nm: жълто - зелен цвят, 560 - 590 nm: жълт цвят

590 - 620 nm: оранжев цвят, 620 - 720 nm: червен цвят

Всички цветове могат да се намерят в слънчевия спектър, с изключение на пурпурния, който се получава от смесването на двата крайни - виолетов и червен [7, 8].

Техническа същност на полезния модел

Целта на настоящия полезен модел е да се създаде зелен керамичен пигмент с основна фаза минерала гранат, тип уваровит с прибавяне на минерализатор от Н3ВО3, по метода на твърдофазно спичане.

За получаването на гранатови керамични пигменти в системата СлО-ОЦЦ-ЗЮз смесите са определени на базата на стехиометрията на основния минерал - уваровит СлзО^ЗЮЦз. Използваните материали за синтеза са CaO, СпО;, S1O2.nlЬО и Н3ВО3. Веществото, избрано за въвеждане на S1O2 в шихтата - SiO2.nlЬО, е много по-реактивоспособно от обикновения кварцов пясък, а размерите на частиците му са в границите 2 7 pm. Минерализаторът, използван в синтеза за намаляване на температурата на синтеза и ускоряване на процесите на образуване на новата фаза е Н3ВО3. Количествата на материалите, от които се приготвя смес от 100 g, се претеглят с точност 0,1 g, след това се смесват и хомогенизират в сухо състояние в планетарна мелница Пулверизете-6, фирма „Фритч“. Изпичането се извършва в лабораторна муфелна пещ със скорост на нагряване 300 - 400°C/h във въздушна атмосфера; сместа се поставя в порцеланов тигел с капак. Изотермичната задръжка при крайната температура е 2 h. Пигментите са синтеровани при температури 900°С, 1000°С и 1100°С. В таблица 1 са дадени резултатите за измерените цветови координати на база проведения спектрален анализ (Таблица 1).

Таблица 1 Резултати получени от измерването на цветовите координати

сьстяв	цвят	R	G	В	L*	а*	ь·
SCaO.CnOjJSiCh WC		143,4	14Й2	128.4	59,6	-10,2	9,2
JCaO.CbOjJSiCl· 1000°С		123,4	141.9	119.1	57.1	-10,9	9,9
JCuO.ChOjJSiO: 1100°С		116,8	134,8	101,1	54,3	-13,4	15,9

На фигури 1 и 2 е представен СЕМ на уваровитовите пигменти, синтезирани при 1100°С.

Може да се обобщи, че зелени керамични пигменти с основна фаза гранат уваровит - ЗСаО.СггОз.ЗЗЮг са синтезирани с прибавяне на минерализатор от Н3ВО3, по метода на твърдофазно синтероване. Най-добри резултати са получени с пигмента, синтезиран при температура на 1100°С и 2 h изотермична задръжка.

По своите цветови характеристики и фазов състав, получените пигменти са подходящи и могат успешно да се използват в глазури за плочки и санитарна керамика.

BG 4248 UI

Пояснение на приложените фигури

Фигура 1. Снимка на хромофора

Фигура 2 СЕМ на гранатови пигменти със състав на основната фаза уваровит ЗСаО.СггОз.ЗЗЮг

От фигури 1 и 2 се вижда, че пробата е полидисперсна и съдържа два вида кристали: единият с размер на частиците 1-2 pm, а другият между 6-8 pm. Наличието на по-малки кристали се дължи на екзогенни полиминерални процеси на образуване и те съответстват на твърдия разтвор между CnCh-SiCh с преобладаващо съдържание на S1O2. Цветовият преход от зелено към оранжево и червено в микрофотографията се дължи на нарастването на фазата с по-големите частици и прекристализация с образуване на нов твърд разтвор с краен равновесен състав ЗСаО.СггОз.ЗЗЮг и стехиометрично съотношение.

От представената на фигура 3 дифрактограма се вижда, че при получения пигмент, основната фаза от граната - уваровит е напълно синтезирана при 1100°С. Като допълнителни фази се наблюдават воластонит и кварц.

Фигура 3 РФА на пигменти в системата СаО-СггОз-ЗЮг, синтезирани при 1100°С, с основни фази: уваровит СазСг281зО12, воластонит CaSiOj, кварц S1O2.

Примери за изпълнение на полезния модел

Пример. Зелен пигмент на база гранат - уваровит, като рецептурния състав на пигмента се определя, като се изхожда от стехиометрията на основния минерал - уваровит СазОЦЗЮЦз. Използваните материали за синтеза са СаО, СГ2О3, SiO2.nl ЬО, а като минерализатор е прибавен Н3ВО3. Веществото, избрано за въвеждане на S1O2 в шихтата - S1O2.nl ЬО, е много по-реактивоспособно от обикновения кварцов пясък, а размерите на частиците му са в границите 2-^7 pm. Така получената шихта се хомогенизира на сухо в планетарна мелница Пулверизете-6, фирма „Фритч“. Изпичането се извършва в лабораторна муфелна пещ със скорост на нагряване 300 - 400°C/h във въздушна атмосфера, като сместа се поставя в порцеланов тигел с капак. Пигментът е изпечен при три температури: 900°С, 1000°С и 1100°С с изотермична задръжка при максималната температура от 2 h.

На полученият пигмент са измерени цветовите координати, които са представени в таблица 1. Цветът на пигментите е определен с тинтометър на фирмата Lovibont Tintometer RT 100 Colour по спектрален начин.

Таблица 1 Резултати, получени от измерването на цветовите координати

състав“	цвят	R	G	в	L*	а*	ь*
ЗСаО Cr?Os.3SiCh		143,4	149.2	128.4	59,6	-10,2	9,2
ЗСаО.СЪСМЗЮ] 1000°С		123,4	141.9	119.1	57.1	-10,9	9.9
ЗСаО.С^ОъЗЗЮ: 1100°С		116,8	134,8	101,1	54,3	-13,4	15,9

От представените данни в таблица 1 се вижда, че цвета на пигмента е от тревистозелен до наситено зелен, като най-наситен и най-стабилен е цвета при пигмента синтезиран при 1100°С: а* = -13.4.

BG 4248 UI

Приложение (използване) на полезния модел

Полученият по описаната технология зелен на цвят керамичен пигмент с основна фаза гранат - уваровит може да се използва в керамичната промишленост при производството на керамични плочки за оцветяване на глазурите за глазиране на стенните и подови плочки.

Claims (1)

1. Зелен керамичен пигмент на база минерала гранат, тип уваровит, получен от СаО, Сr2О3, SiO2.nH2O и минерализатор от Н3ВО3, характеризиращ се с това, че притежава следния фазов състав: основна фаза уваровит (Са3Сr2(SiO4)3) и допълнителни фази: воластонит (CaSiO3) и кварц (SiO2)