تحلیل واکنش پذیریهای فیزیکی بین رنگدانهها، کدرسازها و لعابها برای درک رفتار نوری لعابهای سرامیک مهم میباشند.
ضمناً مهم است که تمایز قائل شویم که آیا لعاب مات میشود چون فاز بلوری شده میتواند به ویژگیهای نوری سیستم کمک میکند یا نه.
اندازه و کیفیت بلورهای ایجاد شده به طور قابل توجهی میتواند رنگ لعاب را تغییر دهد.
هدف این بررسی ارزیابی تأثیر دمای حرارت دهی بر پایداری رنگ یک سرامیک مات شده توسط رنگدانهی وانادیم – زیرکن آبی است.
تحلیل انکساری کمی اشعهی ایکس به منظور ارزیابی کردن انحلال رنگدانه در سه دمای مورد بررسی قرار گرفته و کیفیت بلورهای زیر کن ایجاد شده در محل اصلی خود میباشد.
تحقیق گزارش شده اهمیت مورد توجه قرار دادن تمام اجزاء در سیستم نوری چند جزئی به عنوان یک لعاب سرامیک را اثبات مینماید.
در صنعت سرامیک یک هدف پیش پا افتاده در کاربرد لعاب ارتقا دادن هنر زیبایی شناسی محصول پایانی است، در این زمینه توزیع اندازهی بافت و ذره هم رنگدانهها و هم بلورها توسط لعاب مات میشود، و تقابل شیمیایی و فیزیکی بین رنگدانهها و لعابها هنگام حرارت دیدن اساسی و مهم است تا فرآیند رنگ آمیزی کنترل شود.
در واقع، رنگدانهی مشابه میتواند بسته به دمای حرارت دهی و ترکیب شیمیایی لعاب برای رنگ آمیزی، رنگهای نسبتاً متفاوتی ایجاد نماید.
کنترل بلوری شدن، و جلوگیری از انحلال رنگدانهها در لعابها و مواد بین سلولی بافتهای سرامیک طی حرارت دهی برای بهتر کردن ویژگیها، ظاهر و قابلیت تکثیر محصولات مهم است.
جوهرهای چند اکسیده مواد شاخص در لعابهای حرار دهی سریع میباشند.
4-2- و رنگدانههای زیرکن (zrsiot) متداولترین مواد رنگی مورد استفاده هستند.
در مقایسه با اجزای دستهی دیگر، جوهر معمولاً کمترین دمای ذوب را دارد اما نسبت به رنگدانههای سرامیک خورندهترین میباشد.
ابتدا برای لعاب دادنها معمولا sio2 به عنوان شکل دهندهی اصلی شیشه، قلیاها (k2o, Na2o)، ZnO, B2O3 یا SrO به عنوان سیالهی اصلی، AL2O3, MgO, CaO برای افزایش سختی و دوام لعاب دادن منظور میشدند.
ضمناً پوششهای کدر، که بیشترین پوششهای تولید شده هستند، معمولاً با ZrO2 در هم میآمیزند.
کدری و سفیدی از طریق بلوری شدن زیرکن بدست میآیند.
ریز ناهمگنهای حاصل (اندازه ) به طور قابل توجهی ضریب شکستشان (40/2 – 05/2) از ضریب شکست بافتهای شیشهای (70/1 – 50/1) بزرگتر است و در نتیجه نور را به طور موثری پخش میکنند در حقیقت محاسبات انتشار Mie تعیین میکند که حداکثر انتشار نور و سفیدی با زیرکن همراه انواع اندازههای ذره و شکستگی وسیع 16/0 روی میدهد.
رنگدانههای تخدیر شدهی زیرکن پایدارترین مواد رنگی تا Cْ1200 هستند.
ساختار چهار گوشهای زیر کن قابلیت در خود جای دادن وانادیم و پراسدم به طور جانشین سازی و هماتیت اینگلوبات را دارد.
و پایداری گرمایی و شیمیایی بالای آن، آنرا مناسب استفاده در لعاب دادن سرامیک میکند.
سیستم سه محوری زیر کن معمولاً برای رنگ آمیزی لعابهای صنعتی به کار میرود.
بدست آوردن طیف وسیعی از رنگها بر اساس مخلوط کردن زیر کن – وانادیم آبی (Zr-v)، زیر کن – آهن قرمز، و زیر کن – پراسدیم زرد میباشد.
رنگدانههای زیرکن معمولاً در طیف %0/5 – 1/0 با وزن به گروههای لعاب افزوده میشود، و انحلال پذیری آنها هنگام حرارت دهی با ترکیب جوهر تغییر میکند.
هنگام بررسی رفتار نوری رنگدانهها و کدر سازها در یک لعاب، درک کنش متقابل فیزیکی بین رنگدانهها، کدر سازها، و لعاب مهم میباشد.
احتمالهای زیر هنگام استفاده از رنگدانههای زیرکن در یک لعاب وجود دارد: کریستالهای زیرکن میتواند پایدار باشد و طی حرارت دهی تحت تأثیر لعاب نباشد، ذرات زیرکن هنگام حرارت دهی تا حدی در لعاب حل میشوند و بخش حل نشده یا در محلول باقی میماند یا مجدداً رسوب میکند، یا ذرات زیر کن میتوانند به طور کامل حل شوند.
ویژگیهای نوری یک شی بستگی به توزیع انرژی در هر طول موج (ضریب انعکاسی) دارد یعنی تابعی از نور جذب شده و منتشر شده است.
این بدان معناست که برای هر فرکانس قابل دیدن تمام اجزای لعاب (رنگدانهها،کدر سازها و بلورها ایجاد شده از جوهر) هم ضریب جذب و هم ضریب انتشار دارند، هر یک به ویژگیهای مطلوب لعاب کمک میکنند.
به این دلیل مورد توجه قرار دادن تمام اجزای یک سیستم نوری چند جزئی اهمیت دارد.
معمولاً تاکید اصلی بر رنگدانهها است، حتی اگر معین کردن یک رنگ، اجزاء نوری دیگر سیستم (کدر سازها و فاز بلورین ایجاد شده توسط جوهر در هنگام حرارت دهی با ضریب شکست بزرگتر از فاز شیشهای ) به یک اندازه مهم هستند.
هدف از این کار ارزیابی تأثیر دمای حرارت دهی (1150، 1175 و cْ1200) بر رنگ ایجاد شده توسط رنگدانهی وانادیم – زیرکن در یک لعاب سرامیک کدر بود که تمام اجزای نوری سیستم را به حساب میآورد.
فرآیند آزمایشی لعابهای رنگ آمیزی شده با ترکیب wt%92 جوهر، wt%8 خاک سرامیک (کائولن) و افزودن wt%5 از رنگدانهی زیرکن – وانادیم آبی (Ferro) آماده شدند.
پودرها به مدت 20 دقیقه در آسیاب توپی با آب مخلوط شدند (wt%50 آب)، جوهر و رنگدانههای زیرکن - وانادیم استفاده شده کاملاً مشخص میشوند.
جوهر استفاده شده یک جوهر سفید بود که طی حرارت دهی همانگونه که در شکل1 نشان داده شد بلورهای زیرکن رامات میکند.
ترکیب شیمیایی آن در جدول 1 گزارش میشود.
ریزنگاری ذرات رنگدانه در شکل 2 نشان داده میشود.
همانطور که در شکل 3 نشان داده شده رنگدانه زیرکن – وانادیم آبی توزیع اندازهی ذرهی تک و جهی با اندازهی ذرهی متوسط را ارائه میدهد.
نمونههای بلوری شدهی لعاب (mm 25 قطر و mm6 ضخامت) از طریق فشار دادن پودر (wt% 6 از آب) با یک فشار آزمایشگاهی آماده شدند.
نمونهها در یک کورهی نیمه صنعتی در دماهای Cْ1150، و 1175و Cْ1200 با یک چرخه کلی حرارت دهی 35 دقیقه حرارت داده شدند.
چرخههای گرمایی استفاده شده در شکل 4 گزارش می شوند.
برای ارزیابی پایداری گرمایی و شیمیایی رنگدانه در لعاب تحلیل گرمایی لعابِ حاوی از رنگدانه زیرکن – وانادیم آبی انجام شده جهت تعیین پایداری گرمایی و شیمیایی رنگدانه ی زیرکن- و انادیم آبی در لعاب استفاده شده و برای تعیین میزان زیرکن مات شده، یک آنالیز کمّیِ انکسار اشعه ی x لعابهای پودر زده شده ی حرارت دیده در حرارت های مورد بررسی با روش مرکبِ Ritveld – R.I.R (میزان شدت نور مبنا) انجام شد.
wt% 10 از کوراندم ( NISTSRm674 a باز پخته در دمای به مدت 1 روز برای افزایش بلورینگی به 100 wt%) به عنوان استاندارد داخلی به تمام نمونه ها افزوده شد.
مخلوط، در یک هاون آگات کار گذاشته شد، در یک نگهدارنده ی صاف آلومینیومی پر شد تا مشکلات جهت گیری ترجیح داده شده به حداقل برسد.
داده ها در طیف گزارش می شوند (اندازه ی مرحله و هر مرحله 6s زمان را حساب می کند.) کسرهای فاز استخراج شده توسط پالایش Rietveld – R.I.R ، با استفاه از نرم افزارِ GSAS بر مبنای وزن دقیق کوراندم افزوده شده به مخلوط به عنوان یک استاندارد داخلی مجدداً وزن می شود، و بنابراین به طور ناخودآگاه دوباره به حالت عادی بر می گردد.
زمینه با موفقیت با یک تابع چبیشف پر می شود.
نمودارهای اوج با استفاده از یک تابع شبه ویت (Voigt) همراه با ضرایب گاوسی و لورنتزی ساخته شدند.
ثابت های مشبکه، کسرهای فاز و ضرایب مربوط به جایگزینی نمونه و بی تقارنی نیز بهتر می شود.
شکل شناسی نمونه توسط یک میکروسکوپ اسکن کننده ی الکترونِ فیلیپس ارزیابی شد و توزیع اندازه ی بافت و ذره و شکل بلورهای ایجاد شده در محلِ اصلی خود توسط یک نرم افزار تحلیل تصویر از تصاویر SEM معین شد 3- نتایج و بحث شکل 1، شکل شناسیِ بلورهای زیرکن ایجاد شده در در لعاب را نشان می دهد.
بلورهای کروی و سوزنی شکل با طول حدود معرفی می شوند.
منحنیِ DTA لعاب با 5wt% رنگدانهی زیرکن – وانادیم آبی (شکل 5) ایجاد فازهای بلورین از واکنش پذیری لعاب با رنگدانه را نشان نمی دهد.
منحنی فقط اکسیژن زداییِ خاک چینی، مات کردن زیرکن از جوهر استفاده شده و درهم آمیزیِ لعاب را نشان میدهد.
شکل 6 منحنی های ضریب انعکاسیِ لعابهای رنگ آمیزی شدهی حرارت دیده در سه دمای مورد بررسی قرار گرفته را نشان می دهد.
ضریب انعکاس لعاب حرارت دیده در ضعیفتر از بقیه است، نشاندهنده ی تجزیه نور جزئی است و بنابراین لعاب آبی رنگ شده تیره تر یا کمتر درخشان است، همانگونه که با عوامل L ، a ، b در جدول 2 گزارش شد.
هیچ تفاوت قابل توجهی در منحنی های ضریب انعکاسی نمونه های حرارت دیده در دمای 1175 و مشاهده نمی شود.
تحلیل کمی انکسار اشعه ی x برای اندازه گیری کردن رفتار انحلال ذرات رنگدانه و بلورهای زیرکن ایجاد شده در محل اصلی خود انجام شد.
جدول 3 نتایج حاصل از روش مرکب Rietveld R.I.R (شکل 7) را نشان می دهد.
نتایج نشان می دهند که مقدار فاز وانادیم – زیرکن عملاً در سه دمای مورد بررسی یکسان میباشد.
ضمناً، مقدار زیرکن بلوری شده در لعاب حرارت دیده در در مقایسه با دماهای دیگر بیشتر است.
مقادیر عامل مشبکله به وضوح نشان می دهند که وانادیم طبق تفاوت در شعاع های یونی و (به ترتیب 72/0 و 87/.) موجب فشردگی سلول اولیه ی می شود.
در مقابل عوامل سلولی با توجه به مقادیر گزارش شده در آثار نوشته شده دربارهی زیرکن خالص تغییر نمی کنند.
با این حال، تحلیل انکسار کمی رفتار انعکاسی لعابها را تشریح نمیکند.
خصوصاً لعاب حرارت دیده در که با مقدار بالاتر زیرکن ایجاد شده در محل اصلی خود مشخص می شود با منحنی انعکاس بزرگتری داشته باشد.
این اختلاف ظاهری با بررسی اندازه و شکل ذرات زیرکن از ریزنگارهای SEM می تواند تشریح شود و نیز با نرم افزار تحلیل تصویر که بلورها را طبقه بندی می کند (طبق شکل 9).
اندازه ی توزیع بلورهای زیرکن بدست آمده با تحلیل نرم افزاری در جدول 4 گزارش شده است.
در حالیکه در جدول 5 توزیع نسبت ابعاد (نسبت بین محورهای کوچکتر و بزرگتر بیضی هم ردیف شی) گزارش میشود.
با وجود اینکه لعاب حرارت دهی شده در دمای مقدار بیشتری از زیرکن دارند .
جدواول 4 و 5 نشان می دهند که لعابهای حرارت دیده در و مقدار بیشتری از بلورهای با اندازهی ذرات 60/0 تا دارند.
با این وجود این ذرات به علت واکنش پذیری بیشتر با فاز شیشه ای کمک کننده به مقادیر بزرگتر ضریب انعکاس شکل کروی دارند.
نتایج نتایج حاصل اثبات می کنند که رنگدانه ی زیرکن – وانادیم به لحاظ گرمایی و شیمیایی در لعاب مات شده در دماهای حرارت دهی مورد بررسی پایدار می باشد.
به طور خاص تحلیل انکسار کمی اشعه ی ایکس انجام شده توسط روش ترکیبی Rietveld-R.I.R نشان می دهد که لعاب ها با مقدار مشابهی از (تقریباً ) رنگدانه ی حل نشده مشخص می شوند و بنابراین تغییرات در رنگ مربوط به عدم پایداری در رنگدانه ی استفاه شده نمی باشد.
این تغییرات با تفاوت در اندازه ی ذره و شکل شناسی بلورهای زیرکن پدید می آیند بلورهای ایجاد شده طی حرارت دهی از جوهر استفاده شده که به طور قابل توجهی به انتشار نور کمک می کنند.
این نتیجه اهمیت فوق العادهی توجه به ویژگیهای تمام اجزای یک سیستم نوری چند جزئی را نشان می دهد، خصوصاً هنگامیکه پدیدهی مات کردن طی حرارت دهی لعاب ها مطرح می شود.
شکل 1- ریزنگار SEM بلورها زیرکن ایجاد شده در لعاب در دمای Cْ1175 شکل 2 ریزنگار SEM رنگدانهی زیرکن آبی – وانادیم استفاده شده در این تحقیق شکل 3- توزیع اندازهی ذرهی رنگدانهی زیر کن آبی – وانادیم استفاده شده شکل 4- چرخههای حرارت دهی به کار رفته برای لعابها شکل 5- منحنی DTA لعاب با %wt5 از رنگدانهی زیرکن آبی – وانادیم .
شکل 6 – منحنی مشاهده شده، محاسبه شده و متفاوت از بهتر شدن از طریق Rietveld لعاب حرارت دیده در cْ1200 .
علامتها نشان دهندهی فاز انعکاس مربوط به زیرکن، کراندوم و زیرکن است (به ترتیب از پایین به بالا) شکل 7 منحنیهای ضرایب انعکاسی لعابهای حرارت داده شده در دماهای بررسی شده شکل 8 ریزنگارهای SEM لعابهای حرارت داده شده در Cْ1150 (A)، Cْ1175 (B) وCْ1200 (C) شکل 9.