В нефриттованных покрытиях для керамических изделий, температура обжига которых находится в пределах 1000-1200 оС, создаются условия для взаимодействия между матричной стеклофазой и тугоплавкими наполнителями с образованием новых фаз, которые в свою очередь будут упрочнять и одновременно окрашивать стеклопокрытие.
Свойства расплава стекломатрицы могут быть модифицированы путем использования оксидов поливалентных металлов (FeO, NiO, CoO, Cr2O3), с помощью которых можно улучшить процесс смачивания кристаллических наполнителей расплавом стекломатрицы, а, следовательно, влиять на процессы фазообразования и формирования прочностных свойств композиции. В связи с изложенным за основу разработки составов износостойких окрашенных покрытий была принята система оксидов ZnO–MgO–Al2O3–SiO2.
В качестве наполнителя были использованы отходы производства катализаторов АМК, химический состав которых Al2O3–84%, MgO–12%, CoO-4%.
Роль отходов катализаторов была исследована на стеклокомпозициях, содержащих 5, 10, 15, 20 мас.% вводимой добавки.
После обжига, проведенного в заводских условиях на ЗАО “Харьковский плиточный завод” в течение 45 минут с выдержкой при максимальной температуре (960-1180 оС) 10 минут.
Благодаря присутствию в составе покрытий модифицирующих оксидов кобальта, микротвердость и термостойкость покрытий возрастают не менее, чем на 10 %. Судя по уменьшающимся показателям блеска, кристаллическая составляющая покрытий возрастает, что и способствует повышению прочностных свойств покрытий. По результатам предварительных исследований установлено, что оптимальное количество вводимого в модельные композиции отхода составляет 10- 15 мас.%.
Получение окрашенных покрытий связано с формированием в процессе обжига кристаллических фаз, являющихся хромофорными центрами. Добавки оксидов кобальта были использованы в качестве компонентов, входящих в состав хромофорных соединений типа шпинелей и оказывающих влияние на поверхностные свойства расплава, на улучшение декоративных свойств покрытий и повышение их прочностных показателей.
Установлено, что введение оксида СоО является неоднозначным, поскольку на кривых смачивания расплавов с участием этих оксидов отмечено ухудшение процесса смачивания, что связано с развитием кристаллизации в исследуемой композиции.
Для экспериментальных составов были проведены оценочные расчеты коэффициента плавкости, поверхностного натяжения и ТКЛР; проведен РФА и выполнены определения ряда эксплуатационных свойств.
Разработаны композиции износостойких окрашенных покрытий для которых отмечены высокие показатели термостойкости (200 оС), износостойкости (потеря веса не более 0,02 г/см2), твердости по Моосу 7-8 при пониженных температурах формирования (до 1180 оС).
С использованием комплекса физико-химических исследований (РФА, петрография) изучены процессы фазообразования синтезированных стеклокристаллических покрытий. Показано наличие в материале, который прошел термообработку при 1050 о С фаз форстерита, виллемита и шпелевидных твердых соединений, что отвечает проведеным прогнозным рассчетам. Особенностью данных фаз есть тот факт, что они выполняют функцию хромофорных центров и влияют на получение окрашенных стеклокристаллических материалов.
Анализ полученных экспериментальных данных позволяет утверждать, что в присутствии легкоплавкой стеклофазы и модифицирующих оксидов поливалентных металлов происходит реакция между сырьевыми компонентами расплава в условиях скоростного низкотемпературного обжига, в результате чего могут сформироваться шпинелевидные соединения сложного состава. Наличие этих новообразований приводит к упрочнению стеклокристаллических покрытий и получению хромофорной фазы, позволяющей добиваться беспигментного окрашивания нефриттованных покрытий за счет использования промышленных отходов.
Таким образом, мы получили керамические изделия с покрытиями, характеризующиеся комплексом повышенных физико-механических показателей при одновременном синтезе окрашивающей фазы в виде сложных шпинелевидных соединений на основе использования промышленных отходов в условиях интенсифицированной термообработки.
Разработанные покрытия прошли испытания на ЗАО “Харьковский плиточный завод” и рекомендованы для внедрения.