Регистрация / Вход
Прислать материал

Применение нанопорошков при получении керамических материалов

Сведения об участнике
ФИО
Черепанова Анастасия
Вуз
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Химия и химические технологии
Раздел области наук
Неорганическая и координационная химия. Аналитическая химия неорганических соединений
Тема
Применение нанопорошков при получении керамических материалов
Резюме
Данная работа посвящена использованию нанопорошков в качестве пигментов для керамических красителей. Рассмотрены и сравнены микрофотографии данных образцов, энергодисперсионные спектры, по которым сделан вывод о составе данных порошков и размере частиц. После обжига в вакууме и на воздухе были проанализированы цветовые характеристики и равномерность окраски полученных образцов.
Ключевые слова
нанопорошки, неорганические краски,керамика,бессвинцовая фритта
Цели и задачи
В ходе работы поставлены следующие задачи:
- изучить строение и состав используемых нанопорошков при помощи современных методов исследования: рентгенофазового анализа и электронной микроскопии;
-изучить влияние содержания нанопорошков во фритте на насыщенность и цвет керамического изделия;
-сравнить цветовые характеристики пигментов, полученных при обжиге в воздушной и вакуумной средах;
- изучить строение окрашенных керамических материалов и состав поверхности при помощи электронной микроскопии и энергодисперсионного анализа.

Введение

Несмотря на то, что в настоящее время используется большое количество неорганических красителей для декорирования керамической поверхности, применение красителей на основе наноразмерных порошков позволяет решить ряд проблем, одними из которых являются уменьшение температуры обжига при получении керамических красок и получения новых декоративных эффектов. 

Научная новизна - получены новые данные о взаимодействии нанопорошков металлов с расплавами силикатов при обжиге на воздухе и в вакууме.

Практическая значимость –разработанные пигменты могут быть использованы для декорирования керамических изделий.

 

 

 

 

 

 

Методы и материалы

Для получения пигментов на основе нанопорошков при смешивании с бессвинцовой фриттой прессовались таблетки и обжигались.

В качестве исследуемого материала были взяты нанопорошки, полученные методом ЭВП в  мае 2013 (старые) Ni, NiCr, W, Cr, Cu, Al, Fe, Mo, ZrO2 и октябре 2014 (новые) Ni, Fe,Cu,W, Al. Термином «старые» обозначены порошки, полученные около 12 месяцев назад; «новые» - не более одного месяца. Порошки отличаются содержанием металлического и оксидного компонента.

Бессвинцовая фритта № 33, используемая для смешивания с нанопорошками, представлена в табл. 1

Таблица 1  - Химический состав бессвинцовой фритты

SiO2

Na2B4O7

ZrO2

BaCO3

MgCO3

Ca3(BO3)2

ZnO

Al2O3

Всего

35,02

16,48

8,10

4,41

2,05

25,95

1,49

6,50

100

 

Структуру данных порошков изучали с помощью растровой электронной микроскопии  (JEOLJSM-7500FA), фазовый состав образцов устанавливали рентгенофазовым анализом на приборе ДРОН-3М в CuKα – излучении. Поведение нанопорошков при термообработке изучали с помощью дифференциально-термического анализа на приборе STA 449 F3. Для анализа образцов после обжига привлекалась  инфракрасная спектроскопия на приборе ИК-Фурье спектрометр Nicolet 5700 в области 4000 – 400 см -1. Состав поверхности образцов исследовали с помощью энергодисперсионного анализа.  

Описание и обсуждение результатов

Выводы

  1. Введение металлических нанопорошков Ni, Cr, Cu, NiCr, Fe, Mo  обеспечивает окраску стекольной фритты и, следовательно, нанопорошки могут применяться для получения керамических красок.
  2. Замечено, что старые и новые нанопорошки металлов  d-группы дают разные цветовые оттенки. Это связано с наличием оксидной пленки разной толщины. Старые нанопорошки в основном дают окраску за счет оксидов (до мас.12%), а новые (до мас. 7% оксидов) более реакционноспособные - образуют различные соединения в виде силикатов или боратов металлов.
  3. Окраска металлостекольной композиции зависит от вида термической обработки. Образцы, обожженные на воздухе, имеют более светлую и  ровную окраску за счет более полного окисления. Обжиг в вакууме способствует сохранению части порошка в металлическом виде и созданию нового декоративного эффекта.
  4. Полученные пигменты опробованы при декорировании керамики на воздухе в виде  подглазурной и надглазурной росписи. Краски устойчивы при обжиге до температуры 1050оС.
Используемые источники
Список используемых источников
1. В.М.Пешкова, В.М.Савостина "Аналитическая химия никеля" М.: Изд-во Наука, 1966- 204 c.
2. Неорганическая химия. Энциклопедия школьника/ Гл. ред. И.П. Алимарин.- М.: Советская Энциклопедия, 1975.- 384 с.
3. Аппен, А. А. Химия стекла / А. А. Аппен. Л.: Химия, 1970. - 352 с.
4. Транспортные и оптические свойства бората железа при высоких давлениях / И.А.Троян, М.И. Еремец, А.Г. Гаврилюк и др. // Письма в ЖЭТФ. – Т. 78. – Вып. 1. – С. 16–20.
5. Иттен, И. Искусство цвета / И. Иттен. М.: Д. Аронов, 2000. - 95 с.
6. Варгин, В. В. Цветные стекла, их изготовление и свойства / В. В. Варгин. -Л. : Госхимтехиздат. 1934. 106 с.
7. Анисимова Г.С.Новые данные о минералах меди, цинка, олова и ванадия – Минералогия. Минералы и парагенезисы минералов – 2004 – 80стр.
8. Бетехтин А. Г. Курс минералогии: учебное пособие / А. Г. Бетехтин. — М. : КДУ, 2007. — 721 с. : ил., табл.

Information about the project
Surname Name
Cherepanova Anastassiya
Project title
Application of nanopowders in the preparation of ceramic materials
Summary of the project
This work is devoted to the application of nanopowders as ceramic dyes pigments. SEM pictures and energy-dispersive analysis have shown the composition of the nanopowders and the size of the included nanoparticles. Color and uniformity of the obtained samples were analyzed via calcination in vacuum and open air.
Keywords
nanopowders,inorganic paints,ceramics, lead-free frit