Следовательно, представлялось целесообразным изучить возможность применения оксидов различных металлов вкачестве красителей для керамической массы.
Кроме того, декорирование изделий таким способом позволяет значительно уменьшить попадание соединений тяжелых металлов в организм человека (в этом случае слой глазури, покрывающий изделие, препятствует разрушению слоя красителя и выщелачиванию окрашивающих соединений).
Для исследования использовались керамическая масса МЧП "Афина" и реактивы квалификации х.ч. и ч.д.а.
Окраска большинства природных и синтезированных минеральных веществ связана с наличием в их составе d- или f-электронов. К числу особенностей строения атомов таких элементов относится незавершенность электронных подуровней, что обусловливает электронные переходы под воздействием электромагнитного излучения с определенной длиной волны.
Важным фактором, способным вызвать появление окраски твердых неорганических соединений, является наличие точечных дефектов в их кристаллической решетке. Реальные кристаллы всегда отличаются наличием большого количества нарушений структуры Установлено, что число возможных вакансий в реальных кристаллах приближается к 3*1018см-3. Если энергия перехода электрона с аниона на вакансию в реальных кристаллах находится в пределах оптического диапазона, то возникает окрашивание.
Изменение окраски вещества также может обусловливаться его полиморфными превращениями. Так, хлорид индия при нормальных условиях желтого цвета, а при нагревании до 120oC приобретает красный цвет.
Вещества, используемые в качестве красителей способны интенсивно преобразовывать энергию электромагнитных излучений (световую энергию) в определенной части спектра.
Красители, преобразуют поглощенную световую энергию в тепловую и передают ее в окружающую среду. В результате в спектре света, отраженного от поверхности красителя, появляются пробелы, обусловливающие при воздействии на зрительный аппарат человека ощущение цвета (краски).
В керамических красителях в качестве хромофоров чаще всего используют соединения переходных элеметов (V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Fe), а также редкоземельных элементов.
Окршивание обычно создается за счет диспергирования частиц красителя в массе.
Для проведения исследования - окрашивания керамической массы изготовлялись образцы из тонкокерамической массы. Химический состав массы приведен в табл.1:
| Компонент | Содержание в массе,% | SiO2 | 59.57 |
|---|---|
| Al2O3 | 26.20 |
| Fe2O3 | 0.62 |
| TiO2 | 0.59 |
| CaO | 2.14 |
| MgO | 1.43 |
| K2O | 1.30 |
| Na2O | 0.64 |
| п.п.п. | 7.51 |
Для приготовления массы заданного состава использовались следующие сырьевые материалы: глина, каолин, песок, шамот, доломит, пегматит, жидкое стекло, сода.
Подготовка керамической массы осуществлялась путем совместного помола каменистых и глинистых материалов в лабораторной шаровой мельнице. В качестве мелющих тел использовались цилпебсы, изготовленные из уралита. Соотношение мелющих тел, измельчаемого материала и воды составило 1.5:1:1.
После разгрузки мельницы в суспензию добавляют электролиты (соду и жидкое стекло).
Подготовку суспезии (шликера) к формованию осуществляют следующим образом:
Шликер доувлажняют дистиллированной водой до влажности 55%, перемешивают и процеживают через сито 3460 отв/см2.
Готовый шликер сливают в подготовленную емкость и оставляют в течение 1-3 суток для обеспечения стабильной вязкости и загустеваемости шликера.
Цветной шликер, применяемый для получения окрашенного изделия, готовят следующим образом:
На технических весах берут навеску окрашивающего материала в количестве, соответствующем указанному в рецепте. Необходимое количество готового неокрашенного шликераотмеряют мерным цилиндром. Небольшое количество отмеренного неокрашенного шликера (5-7 мл) переносят в фарфоровую ступку и соединяют с навеской красителя. Смесь растирают до получения однородно окрашенной масы, не содержащей комков и нерастертых частиц красителя. Затем к массе постепенно прибавляют оставшийся неокрашенный шликер и вновь растирают до получения однородной массы.
Формование образцов осуществляют методом литья в гипсовые формы сливным способом.
Рабочая влажность форм перед заливкой шликера должна быть 4-6%. Приготовленный шликер тщательно взбалтывают для устранения расслоения.
Шликер заливают в гипсовые формы непрерывной струей, напрввляя ее в центр формы.
Вначале в формы заливают цветной шликер. После набора черепка требуемой толщины излишки цветного шликера сливают, а формы заполняют неокрашенным шликером. Неокрашенный шлиекр выдерживают неоходимое время для достижения требуемой толщины черепка, излишки шликера удаляют.
Формы с образцами подсушивают и после усадки образцы вынимают из форм.
После оправки образцы высушивают в естественных условиях до влажности 1%.
Высушенные изделия обжигают на утель в муфельной печи в течение 3.5 ч. Максимальная температура обжига - 950 oC.
Обожженные изделия глазуруют методом облива. Для этого глазурную суспензию тщательно взбалтывают и обливают образцы, поверхность которых предварительно смочена водой.
После зачистки и подсушивания глазурного покрытия образцы направляют на политой обжиг.
Обжиг осуществляют в муфельной печи при температуре 1200 o C в течение 5 ч. Выдержка при максимальной температуре составляет 0.5 ч.
Охлажденные изделия вынимают из печи.
Тонкокерамическую массу окрашивали с помощью оксидов кобальта, марганца, меди, хрома, железа, а также готовых пигментов на основе вышеперечисленных оксидов металлов.
Количество красящих оксидов и пигментов в керамической массе колебалось от 3 до 15%.
Окраска поверхности образцов изменялась в ходе сушки, утельного, политого, утельного обжигов и глазурования. Цвета поверхности образцов приведены в таблице 2. Кроме того, установлено, что окраска готовых образцов зависит также от химического состава применяемой глазури: что прозрачная глазурь МЧП"Афина"придает образцам более чистый и насыщенный оттенок, чем прозрачная глазурь фарфорового завода г.Дружковки.
Также следует отметить и тот факт, что поверхность образцов, окрашенных оксидом марганца оказалась разъеденной вследствие сильных окислительных свойств марганца, а поверхность образцов, окрашенных оксидом меди, металлизировалась в результате восстановления меди.