بخشی از مقاله
تأثير دماي حرارت دهي بر رنگ ايجاد شده با رنگدانه‌ي (zr,v)sio4 لعاب سراميك مات
خلاصه
تحليل واكنش پذيريهاي فيزيكي بين رنگدانه‌ها، كدرسازها و لعاب‌ها براي درك رفتار نوري لعابهاي سراميك مهم مي‌باشند. ضمناً مهم است كه تمايز قائل شويم كه آيا لعاب مات مي‌شود چون فاز بلوري شده مي‌تواند به ويژگيهاي نوري سيستم كمك مي‌كند يا نه. اندازه و كيفيت بلورهاي ايجاد شده به طور قابل توجهي مي‌تواند رنگ لعاب را تغيير دهد. هدف اين بررسي ارزيابي تأثير دماي حرارت دهي بر پايداري رنگ يك سراميك مات شده توسط رنگدانه‌ي واناديم – زيركن آبي است
. تحليل انكساري كمي اشعه‌ي ايكس به منظور ارزيابي كردن انحلال رنگدانه در سه دماي مورد بررسي قرار گرفته و كيفيت بلورهاي زير كن ايجاد شده در محل اصلي خود مي‌باشد. تحقيق گزارش شده اهميت مورد توجه قرار دادن تمام اجزاء در سيستم نوري چند جزئي به عنوان يك لعاب سراميك را اثبات مي‌نمايد.
كلمات كليدي : زنگ، اسپكتروسكوپي؛ روشهاي اشعه‌ي ايكس؛ سراميكهاي سنتي، لعاب‌ها: (zr,v)siot
1- مقدمه
در صنعت سراميك يك هدف پيش پا افتاده در كاربرد لعاب ارتقا دادن هنر زيبايي شناسي محصول پاياني است، در اين زمينه توزيع اندازه‌ي بافت و ذره هم رنگدانه‌ها و هم بلورها توسط لعاب مات مي‌شود، و تقابل شيميايي و فيزيكي بين رنگدانه‌ها و لعاب‌ها هنگام حرارت ديدن اساسي و مهم است تا فرآيند رنگ آميزي كنترل شود. در واقع، رنگدانه‌ي مشابه مي‌تواند بسته به دماي حرارت دهي و تركيب شيميايي لعاب براي رنگ آميزي، رنگهاي نسبتاً متفاوتي ايجاد نمايد.
كنترل بلوري شدن، و جلوگيري از انحلال رنگدانه‌ها در لعاب‌ها و مواد بين سلولي بافت‌هاي سراميك طي حرارت دهي براي بهتر كردن ويژگيها، ظاهر و قابليت تكثير محصولات مهم است. جوهرهاي چند اكسيده مواد شاخص در لعابهاي حرار دهي سريع مي‌باشند. 4-2- و رنگدانه‌هاي زيركن (zrsiot) متداولترين مواد رنگي مورد استفاده هستند. در مقايسه با اجزاي دسته‌ي ديگر، جوهر معمولاً كمترين دماي ذوب را دارد اما نسبت به رنگدانه‌هاي سراميك خورنده‌ترين مي‌باشد. ابتدا براي لعاب دادن‌ها معمولا sio2 به عنوان شكل دهنده‌ي اصلي شيشه، قلياها (k2o, Na2o)، ZnO, B2O3 يا SrO به عنوان سياله‌ي اصلي، AL2O3, MgO, CaO براي افزايش سختي و دوام لعاب
دادن منظور مي‌شدند. ضمناً پوشش‌هاي كدر، كه بيشترين پوشش‌هاي توليد شده هستند، معمولاً با ZrO2 در هم مي‌آميزند. كدري و سفيدي از طريق بلوري شدن زيركن بدست مي‌آيند. ريز ناهمگن‌هاي حاصل (اندازه ) به طور قابل توجهي ضريب شكستشان (40/2 – 05/2) از ضريب شكست بافت‌هاي شيشه‌اي (70/1 – 50/1) بزرگتر است و در نتيجه نور را به طور موثري پخش مي‌كنند در حقيقت محاسبات انتشار Mie تعيين مي‌كند كه حداكثر انتشار نور و سفيدي با زيركن همراه انواع اندازه‌هاي ذره و شكستگي وسيع 16/0 روي مي‌دهد.
رنگدانه‌هاي تخدير شده‌ي زيركن پايدارترين مواد رنگي تا Cْ1200 هستند. ساختار چهار گوشه‌اي زير كن قابليت در خود جاي دادن واناديم و پراسدم به طور جانشين سازي و هماتيت اينگلوبات را دارد. و پايداري گرمايي و شيميايي بالاي آن، آنرا مناسب استفاده در لعاب دادن سراميك مي‌كند. سيستم سه محوري زير كن معمولاً براي رنگ آميزي لعابهاي صنعتي به كار مي‌رود. بدست آوردن طيف وسيعي از رنگها بر اساس مخلوط كردن زير كن – واناديم آبي (Zr-v)، زير كن – آهن قرمز، و زير كن – پراسديم زرد مي‌باشد. رنگدانه‌هاي زيركن معمولاً در طيف %0/5 – 1/0 با وزن به گروه‌هاي لعاب افزوده مي‌شود، و انحلال پذيري آنها هنگام حرارت دهي با تركيب جوهر تغيير مي‌كند.
هنگام بررسي رفتار نوري رنگدانه‌ها و كدر سازها در يك لعاب، درك كنش متقابل فيزيكي بين رنگدانه‌ها، كدر سازها، و لعاب مهم مي‌باشد. احتمالهاي زير هنگام استفاده از رنگدانه‌هاي زيركن در يك لعاب وجود دارد: كريستالهاي زيركن مي‌تواند پايدار باشد و طي حرارت دهي تحت تأثير لعاب نباشد، ذرات زيركن هنگام حرارت دهي تا حدي در لعاب حل مي‌شوند و بخش حل نشده يا در محلول باقي مي‌ماند يا مجدداً رسوب مي‌كند، يا ذرات زير كن مي‌توانند به طور كامل حل شوند.
ويژگيهاي نوري يك شي بستگي به توزيع انرژي در هر طول موج (ضريب انعكاسي) دارد يعني تابعي از نور جذب شده و منتشر شده است. اين بدان معناست كه براي هر فركانس قابل ديدن تمام اجزاي لعاب (رنگدانه‌ها،كدر سازها و بلورها ايجاد شده از جوهر) هم ضريب جذب و هم ضريب انتشار دارند، هر يك به ويژگيهاي مطلوب لعاب كمك مي‌كنند. به اين دليل مورد توجه قرار دادن تمام اجزاي يك سيستم نوري چند جزئي اهميت دارد. معمولاً تاكيد اصلي بر رنگدانه‌ها است، حتي اگر معين كردن يك رنگ، اجزاء نوري ديگر سيستم (كدر سازها و فاز بلورين ايجاد شده توسط جوهر در هنگام حرارت دهي با ضريب شكست بزرگتر از فاز شيشه‌اي ) به يك اندازه مهم هستند.
هدف از اين كار ارزيابي تأثير دماي حرارت دهي (1150، 1175 و cْ1200) بر رنگ ايجاد شده توسط رنگدانه‌ي واناديم – زيركن در يك لعاب سراميك كدر بود كه تمام اجزاي نوري سيستم را به حساب مي‌آورد.
2- فرآيند آزمايشي
لعابهاي رنگ آميزي شده با تركيب wt%92 جوهر، wt%8 خاك سراميك (كائولن) و افزودن wt%5 از رنگدانه‌ي زيركن – واناديم آبي (Ferro) آماده شدند. پودرها به مدت 20 دقيقه در آسياب توپي با آب مخلوط شدند (wt%50 آب)، جوهر و رنگدانه‌هاي زيركن - واناديم استفاده شده كاملاً مشخص مي‌شوند. جوهر استفاده شده يك جوهر سفيد بود كه طي حرارت دهي همانگونه كه در شكل1 نشان داده شد بلورهاي زيركن رامات مي‌كند. تركيب شيميايي آن در جدول 1 گزارش
مي‌شود. ريزنگاري ذرات رنگدانه در شكل 2 نشان داده مي‌شود. همانطور كه در شكل 3 نشان داده شده رنگدانه زيركن – واناديم آبي توزيع اندازه‌ي ذره‌ي تك و جهي با اندازه‌ي ذره‌ي متوسط را ارائه مي‌دهد. نمونه‌هاي بلوري شده‌ي لعاب (mm 25 قطر و mm6 ضخامت) از طريق فشار دادن پودر (wt% 6 از آب) با يك فشار آزمايشگاهي آماده شدند. نمونه‌ها در يك كوره‌ي نيمه صنعتي در دماهاي Cْ1150، و 1175و Cْ1200 با يك چرخه كلي حرارت دهي 35 دقيقه حرارت داده شدند.
چرخه‌هاي گرمايي استفاده شده در شكل 4 گزارش مي شوند. براي ارزيابي پايداري گرمايي و شيميايي رنگدانه در لعاب تحليل گرمايي لعابِ حاوي از رنگدانه زيركن – واناديم آبي انجام شده جهت تعيين پايداري گرمايي و شيميايي رنگدانه ي زيركن- و اناديم آبي در لعاب استفاده شده و براي تعيين ميزان زيركن مات شده، يك آناليز كمّيِ انكسار اشعه ي x لعابهاي پودر زده شده ي حرارت ديده در حرارت هاي مورد بررسي با روش مركبِ Ritveld – R.I.R (ميزان شدت نور مبنا) انجام شد. wt% 10 از كوراندم
( NISTSRm674 a باز پخته در دماي به مدت 1 روز براي افزايش بلورينگي به 100 wt%) به عنوان استاندارد داخلي به تمام نمونه ها افزوده شد. مخلوط، در يك هاون آگات كار گذاشته شد، در يك نگهدارنده ي صاف آلومينيومي پر شد تا مشكلات جهت گيري ترجيح داده شده به حداقل برسد. داده ها در طيف گزارش مي شوند (اندازه ي مرحله و هر مرحله 6s زمان را حساب مي كند.) كسرهاي فاز استخراج شده توسط پالايش Rietveld – R.I.R ، با استفاه از نرم افزارِ GSAS بر
مبناي وزن دقيق كوراندم افزوده شده به مخلوط به عنوان يك استاندارد داخلي مجدداً وزن مي شود، و بنابراين به طور ناخودآگاه دوباره به حالت عادي بر مي گردد. زمينه با موفقيت با يك تابع چبيشف پر مي شود. نمودارهاي اوج با استفاده از يك تابع شبه ويت (Voigt) همراه با ضرايب گاوسي و لورنتزي ساخته شدند. ثابت هاي مشبكه، كسرهاي فاز و ضرايب مربوط به جايگزيني نمونه و بي تقارني نيز بهتر مي شود.
شكل شناسي نمونه توسط يك ميكروسكوپ اس
كن كننده ي الكترونِ فيليپس ارزيابي شد و توزيع اندازه ي بافت و ذره و شكل بلورهاي ايجاد شده در محلِ اصلي خود توسط يك نرم افزار تحليل تصوير از تصاوير SEM معين شد
3- نتايج و بحث
شكل 1، شكل شناسيِ بلورهاي زيركن ايجاد شده در در لعاب را نشان مي دهد. بلورهاي كروي و سوزني شكل با طول حدود معرفي مي شوند. منحنيِ DTA لعاب با 5wt% رنگدانه‌ي زيركن – واناديم آبي (شكل 5) ايجاد فازهاي بلورين از واكنش پذيري لعاب با رنگدانه را نشان نمي دهد. منحني فقط اكسيژن زداييِ خاك چيني، مات كردن زيركن از جوهر استفاده شده و درهم آميزيِ
لعاب را نشان مي‌دهد. شكل 6 منحني هاي ضريب انعكاسيِ لعابهاي رنگ آميزي شده‌ي حرارت ديده در سه دماي مورد بررسي قرار گرفته را نشان مي دهد. ضريب انعكاس لعاب حرارت ديده در ضعيفتر از بقيه است،
