[논문]Cr-doped Y2O3-Al2O3계 붉은 안료의 합성과 적용

신경현; 이병하

doi:10.4191/kcers.2008.45.8.453

Cr-doped Y2O3-Al2O3계 붉은 안료의 합성과 적용
Synthesis of Cr-doped Y2O3-Al2O3 Red Pigments and their Application 원문보기

한국세라믹학회지 = Journal of the Korean Ceramic Society, v.45 no.8 = no.315, 2008년, pp.453 - 458

Abstract ▼ AI-Helper

New inorganic red pigments based on Cr-doped $Y_2O_3$ and $Al_2O_3$ were synthesized by solid state method and characterization of their pigments were characterized by using XRD, FT-IR, SEM and UV-Vis spectrophotometer. The single perovskite phase revealed at $1450^{\circ}C{\sim}1550^{\circ}C$ for 6 h due to using mineralizers. The color of pigment powders resulted out various red-shades depending on the compositions of used materials and temperatures. Glazed tiles painted with pigment powders showed red color in oxidation and reduction firing. The best red colour was obtained when the $Cr_2O_3$ was used 0.04 mole at $1450^{\circ}C$ for 6 h.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구는 붉은색 안료의 새로운 계통으로 연구되고 있는 페로브스카이트 구조를 갖는 고화도 도자기용 안료를 개발하는데 그 목적이 있다.

가설 설정

순수한 Cr₂O₃의 흡수밴드는 580 nm와 405 nm에서 각각 나타난다.¹⁶⁾ 본 실험결과에서 이들 밴드는 415 nm와 510 nm 부근에서 넓게 나타났다. Cr₂O₃의 흡수밴드보다 낮은 파장에서 이들 두개의 흡수밴드가 나타난 것은 결정구조 내에서 Cr(III)에 의한 Al(III)의 치환에 의해 만들어지는 Cr-O거리 감소(Al(III)의 이온 반경 0.

제안 방법

1) 광화제를 사용하여 1450°C에서 단일 페로브스카이트 안료를 얻었다.
도자기 장식재로 사용할 페로브스카이트형 고온 안료를 개발하였다. Y(AlCr)O₃은 란탄계열 중 가장 좋은 붉은색을 주는⁷⁾ 발색을 한다.
소성된 안료의 결정상 생성 여부를 알아보기 위해 X-선 회절분석을 행하였다.
소성된 안료의 특성은 X-선 회절분석(X-ray Diffratometer, XRD-7000, Shimadzu, Japan), FT-IR(IRPrestige21 (Shimadzu, Japan), SEM(scanning eletron microscopy, SS-550, Shimadzu, Japan), UV-vis spectrophotometer(2401-PC, Shimadzu, Japan)를 이용하여 분석하였다.
합성된 안료의 결정상과 원자 또는 분자간의 결합관계를 알아보기 위해 FT-IR 분석을 하였다. Reflectance mode 로 resolution은 16 cm⁻¹로 하였다.
합성안료의 입형과 입경을 알아보기 위해 SEM 관찰을 하였다. 미세구조는 Fig.

대상 데이터

1). 광화제(NaF/MgF₂/Li₂CO₃(3 wt%/2 wt%/1 wt%))를 사용하고 알루미나 대신 크롬을 치환한 조합의 경우 즉 크롬이 0.01 mole 이상인 경우 페로브스카이트 단일상이 동정되었다. 합성된 안료의 XRD는 동일한 결과를 나타내고 있다.
400~700 cm⁻¹ 사이에서 보이는 크롬의 특성 흡수밴드는¹⁴⁾ 625 cm⁻¹, 555 cm⁻¹에서 강한 흡수밴드를 갖으며 435 cm⁻¹와 407 cm⁻¹에서 약한 흡수밴드를 보인다. 본 실험에 사용한 크롬을 1300℃ 소성하여 크롬의 표준시료로 사용하였는데 비슷한 흡수밴드를 보이고 있다. 온도가 낮은 1350℃의 경우 크롬이 완전히 고용되지 못하여 415 cm⁻¹ 부근에서 보이고 640 cm⁻¹ 부근의 흡수 밴드가 1450°C와 비교할 때 넓은 어깨 흡수 밴드를 나타내고 있다.

이론/모형

합성된 안료의 색상과 합성 안료를 사용해 소성한 시험편의 유색상은 UV-vis spectrometer(2401-PC, Shimadzu, Japan)로 측정하여 국제조명위원회(CIE:Commission Internationale de l'Eclairage)가 추천하는 CIE-L*a*b* 표색계의 값을 사용하여 나타내었다.

성능/효과

2) 합성된 모든 안료를 하회로 사용했을 때 산화소성과 환원소성에서 모두 좋은 붉은 발색을 하였다. CIE L^*a^*b^*값으로 나타낸 합성 안료의 a^*값이 22.
3) 1450°C 합성 안료의 경우가 다른 온도에서 합성한 안료보다 안료자체의 색상뿐만 아니라 하회에 사용되었을 때도 발색이 안정적인 것으로 나타났다.
4) 합성안료는 1450°C에서 소성한 크롬 0.04 mole일 때 가장 좋은 빨간색을 나타냈다.
의 연구²⁾에서와 마찬가지로 미반응 Y₂O₃와 원하지 않는 Al₅Y₃O₁₂와 Y₃Al₅O₁₂ 등의 상이 생성되었다. 그리하여 광화제를 6 wt% 사용하여 소성한 결과 AlYO₃ 외에 Al₂Y₄O₉의 상이 동정되었다(Fig. 1). 광화제(NaF/MgF₂/Li₂CO₃(3 wt%/2 wt%/1 wt%))를 사용하고 알루미나 대신 크롬을 치환한 조합의 경우 즉 크롬이 0.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	색이 제품에 부여하는 특징은?	세라믹 제품생산에 있어 색은 중요한 특성이다. 색은 제품의 다양성은 물론 미적 아름다움을 부여한다. 더구나 그 색을 내는 채료가 고온에서 열 안정성과 불용성, 내화학성을 갖는다면 그 쓰임새는 많다.
	cadmium red (CdS/CdSe)가 사용 제한을 받는 이유는?	더구나 그 색을 내는 채료가 고온에서 열 안정성과 불용성, 내화학성을 갖는다면 그 쓰임새는 많다. 도자기 장식재로서 붉은 색을 내는 안료로 널리 사용되어 온 cadmium red (CdS/CdSe)는 그 매력적인 붉은 색에도 불구하고 이 안료가 갖고 있는 Cd, Se의 인체에 미치는 독성과 고온에서 안정적이지 못해 사용에 제한을 받고 있다. 환경에 대한 관심이 높아지면서 특히 카드뮴과 같이 인체에 치명적인 독성을 갖고 있거나 환경에 유해한 물질을 배출하는 안료는 생산과정에서 이들 독성 물질을 대체하여 독성이 없거나 독성이 덜한 안료를 생산하기 위한 연구들4-7) 이 수행되고 있다.
	도자기 장식재로 사용할 페로브스카이트형 고온 안료를 개발하였고 그에 따른 실험 결과는?	도자기 장식재로 사용할 페로브스카이트형 고온 안료를 개발하였다. Y(AlCr)O3은 란탄계열 중 가장 좋은 붉은색을 주는7) 발색을 한다. 또한 산화소성뿐만 아니라 환원소성에서도 붉게 발색하였다. 실험된 모든 조합의 안료가 하회사용에서 붉은 색을 발색하고 있다. 1) 광화제를 사용하여 1450°C에서 단일 페로브스카이트 안료를 얻었다. 2) 합성된 모든 안료를 하회로 사용했을 때 산화소성과 환원소성에서 모두 좋은 붉은 발색을 하였다. CIE Lab값으로 나타낸 합성 안료의 a값이 22.00-33.69의 높은 값을 나타내고 있다. 하회로 사용하여 석회유를 시유한 경우, 산화소성에서 a*값이 14.75-29.71을 보이며 환원소성 에서는 14.78-30.86을 보이고 있다. 3) 1450°C 합성 안료의 경우가 다른 온도에서 합성한 안료보다 안료자체의 색상뿐만 아니라 하회에 사용되었을 때도 발색이 안정적인 것으로 나타났다. 4) 합성안료는 1450°C에서 소성한 크롬 0.04 mole일 때 가장 좋은 빨간색을 나타냈다.

참고문헌 (16)

F. Matteucci, C. Lepri Neto, M. Dondi, G. Cruciani, G. Baldi, and A. O. Boschi, "Colour Development of Red Perovskite Pigment Y(Al,Cr)O3 in Various Ceramic Applications," Advances in Applied Ceramics, 105 [2] 99-106 (2006)

상세보기
M. Shirpour, M. A. Faghihi Sani, and A. Mirhabibi, "Synthesis and Study of a New Class of Red Pigments Based on Perovskite $YAlO_{3}$ Structure," Ceramics International, 33 [8] 1427-33 (2007)

상세보기
R. S. Pavlov, Juan B. Carda Castell, V. Blasco Marza, and J. M. Hohemberger, "New Red-shade Ceramic Pigments Based on $Y_{2}Sn_{2-x}Cr_{x}O_{7-{\infty}}$ Pyrochlore Solid Solutions," J. Am. Ceram. Soc., 85 [5] 1197-202 (2002)

상세보기
Y. Marinova, J. M. Hohemberger, E. Cordoncillo, P. Escribano, and J. B. Carda, "Study of Solid Solutions, with Perovskite Structure, for Applivation in the Field of the Ceramic Pigments," J. Eur. Ceram. Soc., 23 213-20 (2003)

상세보기
M. Jansen and H. P. Letschert, "Inorganic Yellow-red Pigments without Toxic Metals," Nature, 404 [4] 980-82 (2000)

상세보기
L. Sandhya Kumari, P. Prabhakar Rao, and M. Lakshmipathy Reddy, "Environment-friendly Red Pigments from $CeO_{2}-Fe_{2}O_{3}-Pr_6O_{11}$ Solid Solutions," J. Alloys and Compounds, 461 509-15 (2008)

상세보기
A. Garca, M. Llusar, J. Calbo, M. A. Tena, and G. Monrs, "Low-toxicity Red Ceramic Pigments for Porcelainised Stoneware from Lanthanide-cerianite Solid Solutions," Green Chemistry, 13 238-42 (2001)
Jitendra Kumar Kar, Ron Stevens, and Christoper R. Bowen, "Processing and Characterisation of Various Mixed Oxide and Perovskite-based Pigments for High Temperature Ceramic Colouring Application," J. Alloys and Compounds, 461 77-84 (2008)

상세보기
F. Bondioli, T. Manfredini, and C. Siligardi, "New Glassceramic Inclusion Pigment," J. Am. Ceram. Soc., 88 [4] 1070-71 (2005)

상세보기
Elena Lpez-Navarrete, Victor M. Orena, Francisco J. Lzaro, Juan B. Carda, and Manuel Ocaa, "Preparation Through Aerosols of Cr-doped $Y_2Sn_2O_7$ (pyrochlore) Red-shade Pigments and Determination of the Cr Oxidation State," J. Am. Ceram. Soc., 87 [11] 2108-13 (2004)

상세보기
S. Furukawa, T. Masui, and N. Imanaka, "New Environment-friendly Yellow Pigments Based on $CeO_2-ZrO_2$ Solid Solutions," J. Alloys and Compounds, 451 640-43 (2008)

상세보기
E. S. Cherepanov, O. S. Grum-Grzhimailo, N. S. Belostotskaya, and M. S. Bibilashvili, "New Group of Ceramic Pigments," Translated from Steklo I Keramika, No. 8, pp. 26, August, 1986
R. A. Eppler and D. R. Eppler, "Which Colors Can and Cannot Be Produced in Ceramic Glazes," Ceram. Eng. Sci. Proc., 15 [1] 281-88 (1994)
Neil T. McDevitt and William L. Baun, "Infrared Absorption Study of Metal Oxides in the Low Frequency Region (700-200 $cm^{-1}$ )," Spectrochemica, Acta, 20 799-808 (1964)

상세보기
R. Galindo, M. Llusar, M. A. Tena, G. Monrs, and J. A. Badenes, "New Pink Ceramic Pigment Based on Chromium(IV)-Doped Lutetium Gallium Garnet," J. Eur. Ceram. Soc., 27 199-205 (2007)

상세보기
M. Martos, M. Martnez, E. Cordoncillo, and P. Escribano, "Towards More Ecological Ceramic Pigments : Study of the Influence of Glass Composition on the Colour Stability of a Pink Chromium-doped Ceramic Pigment," J. Eur. Ceram. Soc., 27 4561-67 (2007)

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증