When metal oxides are added into crystalline glaze, colors of glaze and crystals are similar as colorants generally. But the case of NiO in zinc crystalline glaze is different from general color development. When NiO is added to zinc crystalline glaze it can develop two or three colors. The active u...
When metal oxides are added into crystalline glaze, colors of glaze and crystals are similar as colorants generally. But the case of NiO in zinc crystalline glaze is different from general color development. When NiO is added to zinc crystalline glaze it can develop two or three colors. The active use of color development mechanism by adding NiO to the zinc crystalline glaze to control color of the base glaze and crystal with stability is investigated. This report is expected to contribute to the ceramic industry in improving application of zinc crystalline glaze. For the experiment of NiO, the quantity of NiO additives is changed to the base glaze for the most adequate formation of willemite crystal from previous research and firing condition: temperature increasing speed $5^{\circ}C/min$, holding 1 h at $1270^{\circ}C$, annealing speed $3^{\circ}C/min$ till $1170^{\circ}C$, holding 2 h at $1170^{\circ}C$ then naturally annealed. The samples are characterized by X-ray diffraction (XRD), UV-vis, and Micro-Raman. The result of the procedure as follows; Ni substitutes for Zn ion then glaze develops blue willemite crystals, as if cobalt is used, on brown glaze base. When NiO quantity is increased to over 5 wt%, willemite size is decreased, and the density of the crystal is increased, at the same time $Ni_2SiO_4$ (olivine) phase, the second phase, has been developed. The excessive NiO is reacted with silicate in the glass then developed green $Ni_2SiO_4$ (olivine), and quantity of $Ni_2SiO_4$ (olivine) is increased as quantity of willemite is decreased. It is proved to create three colors, blue, brown and green by controlling the quantity of NiO to the zinc crystalline glaze and it will improve the multiple use of colors to the ceramic design.
When metal oxides are added into crystalline glaze, colors of glaze and crystals are similar as colorants generally. But the case of NiO in zinc crystalline glaze is different from general color development. When NiO is added to zinc crystalline glaze it can develop two or three colors. The active use of color development mechanism by adding NiO to the zinc crystalline glaze to control color of the base glaze and crystal with stability is investigated. This report is expected to contribute to the ceramic industry in improving application of zinc crystalline glaze. For the experiment of NiO, the quantity of NiO additives is changed to the base glaze for the most adequate formation of willemite crystal from previous research and firing condition: temperature increasing speed $5^{\circ}C/min$, holding 1 h at $1270^{\circ}C$, annealing speed $3^{\circ}C/min$ till $1170^{\circ}C$, holding 2 h at $1170^{\circ}C$ then naturally annealed. The samples are characterized by X-ray diffraction (XRD), UV-vis, and Micro-Raman. The result of the procedure as follows; Ni substitutes for Zn ion then glaze develops blue willemite crystals, as if cobalt is used, on brown glaze base. When NiO quantity is increased to over 5 wt%, willemite size is decreased, and the density of the crystal is increased, at the same time $Ni_2SiO_4$ (olivine) phase, the second phase, has been developed. The excessive NiO is reacted with silicate in the glass then developed green $Ni_2SiO_4$ (olivine), and quantity of $Ni_2SiO_4$ (olivine) is increased as quantity of willemite is decreased. It is proved to create three colors, blue, brown and green by controlling the quantity of NiO to the zinc crystalline glaze and it will improve the multiple use of colors to the ceramic design.
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문제 정의
Turan이 금속 산화물 첨가에 따른 아연결정에서의 색상 변화에 대한 연구2) 결과를 발표하는 등 아연결정유에 대한 연구는 계속되고 있다. L. R. Pinckney는 ZnO 결정유에 기초한 투명 glass-ceramic base 연구3)에서 Metal doped glass-ceramic 전이에 관하여 연구 하였다. 일반적으로 아연결정유 조성에 금속산화물을 첨가하면 결정과 유리상이 모두 금속산화물 색상으로 발색 한다.
따라서 본 연구는 고온에서 안정한 willemite (Zn2SiO4)상에 NiO를 고용시켰을 때 발색되는 발색기구를 규명하고자 하였다.
제안 방법
유약의 결정에 고용되는 NiO의 산화상태를 보기 위해 NiO 첨가량 변화 및 결정 상태를 관찰하고, 이 때 생성, 성장한 결정 등을 분석하기 위해 X-선회절분석 (XRD-7000, Shimadzu, Japan), FT-IR 분석 (IR Prestige-21, Shimadzu, Japan), Micro-Raman Spectroscopy (P2SR532, Dimension) 분석, UV-vis 분석을 행하였다.
성능/효과
13) blue는 Fig. 5(a) GN-0, GN-1, GN-3, GN-5에서 나타난 것처럼 863 cm-1에서 willemite 특성밴드가 나타났다. Green의 경우 위의 silicate 상에 혼입된 NiO가 완전히 SiO2와 결합해 Ni2SiO4 결정을 만들었기 때문에 804.
하지만 아연결정유에 NiO를 첨가하면 Ni2+가 Zn 이온을 치환하여 blue 발색을 하는데 이때 결정과 유리상의 색상이 다르게 발색한다.4) 즉 유약의 색은 결정인 willemite와 바탕인 glass에서 각각 색상과 농도에서 차이를 나타낼 수 있기 때문에 아연결정유는 사용하는 발색산화물에따라 유표면에 다양한 색상의 willemite 결정을 디자인에 제공할 수 있다. 본 연구가 아연결정유에 NiO 첨가에 따른 발색기구를 규명함으로써 바탕과 결정의 색을 안정되게 조절할 수 있도록 한다면 도예산업에서 활용도를 높이는데 기여할 수 있을 것으로 기대한다.
1에 나타냈다. NiO 첨가량 증가에 따라 유의 발색은 유리상은 옅은 황색으로부터 어두운 갈색으로 점진적 변화를 나타내고 결정의 색은 밝은 청색부터 진한청색으로 발색하며 NiO 3~5 wt% 첨가 시 cobalt blue의 청색을 얻을 수 있었다. 하지만 cobalt 첨가의 경우, 유약은 바탕색상과 willemite 결정이 같은 청색계열을 가지는데 NiO 첨가의 경우 바탕색은 갈색계의 색을 나타내고 willemite 결정에서만 청색을 나타내는 발색을 하고 있다.
4에 나타냈다. Willemite 결정은 NiO 3 wt% 첨가 시 까지 willemite 결정8)만을 나타내었으나 NiO를 5 wt% 이상 첨가하면 Ni2SiO4의 이차결정상이 나타남과 동시에 willemite의 intensity는 작아지는 것으로 나타났다.7) 특히 조성 GN-5에서 2θ값 36.
57을 나타냈다. 그러나 NiO 10 wt% 첨가 시 L*a*b* 값은 L* 57.96, a*m31.81, b*3.12로 다량의 NiO 첨가로 인하여 a* 값은 녹색도가 증가됨을 보여줄 뿐 아니라, b* 값은 황색도가 높게 나타남으로써 발색은 NiO 첨가량이 증가하면 청색계에서 녹색 계로 변화하는 것으로 나타났다. 이들 a*, b* 값의 변화에 의한 발색 차이는 Fig.
NiO 1 wt% 첨가에서 willemite 피크가 가장 크게 나타났고 그 이상 첨가하였을 때 intensity 가 줄어들었다. 특성밴드 1635~1730 cm-1에서 오른쪽 어깨부분에 완만한 NiO 피크11)는 첨가량이 증가할수록 NiO 밴드의 intensity가 커짐을 보였다. 하지만 NiO를 10%첨가한 GN-10에서 NiO는 silicate에 고용되어 이차상인 Ni2SiO4를 생성함으로써 willemite와 NiO의 특성밴드는 약하게 나타나고, 804.
후속연구
4) 즉 유약의 색은 결정인 willemite와 바탕인 glass에서 각각 색상과 농도에서 차이를 나타낼 수 있기 때문에 아연결정유는 사용하는 발색산화물에따라 유표면에 다양한 색상의 willemite 결정을 디자인에 제공할 수 있다. 본 연구가 아연결정유에 NiO 첨가에 따른 발색기구를 규명함으로써 바탕과 결정의 색을 안정되게 조절할 수 있도록 한다면 도예산업에서 활용도를 높이는데 기여할 수 있을 것으로 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
아연결정유에 NiO를 첨가하면 무슨색이 발색되는가?
일반적으로 아연결정유 조성에 금속산화물을 첨가하면 결정과 유리상이 모두 금속산화물 색상으로 발색 한다. 하지만 아연결정유에 NiO를 첨가하면 Ni2+가 Zn 이온을 치환하여 blue 발색을 하는데 이때 결정과 유리상의 색상이 다르게 발색한다.4) 즉 유약의 색은 결정인 willemite 와 바탕인 glass에서 각각 색상과 농도에서 차이를 나타낼 수 있기 때문에 아연결정유는 사용하는 발색산화물에따라 유표면에 다양한 색상의 willemite 결정을 디자인에 제공할 수 있다.
아연결정유에 NiO를 5 wt% 이상 첨가할 경우 어떤 양상을 보이는가?
아연결정유 조성에 금속산화물을 첨가하면 결정과 유리 상이 금속산화물의 색상으로 발색하는 것이 일반적이다 하지만 아연결정유에 NiO가 첨가되면 Ni2+가 Zn 이온을 치환하여 willemite는 blue로 발색을 하고,14) glass는 Ni2+가 glass에 용융하여 brown 색상으로 발색하여 willemite 결정과 다르게 발색을 한다.11) 또한 NiO 첨가량이 5 wt% 이상 되면 willemite 결정의 크기는 작아지고 결정의 density 는 증가되었으며 잉여 NiO가 유리질내 SiO2와 반응하여 녹색의 Ni2SiO4(olivine) 결정을 석출시키고,3) Ni2SiO4(olivine) 결정량이 증가하면 willemite량은 감소되는 것으로 나타났다. NiO 10 wt% 첨가의 경우, 과량의 NiO 첨가되었을 때 유조는 녹색의 matt유에 청색반점이 석출된 것으로 나타나 willemite 크기가 현저히 작아지는 것으로 확인되었다.
아연결정유는 무엇인가?
아연결정유는 willemite 결정이 유(釉)표면으로 석출됨으로써 도자기 표면에 디자인패턴을 제공하는 유약으로, 백색의 willemite 결정은 발색제가 첨가되면 다양한 색상의 아연결정유가 만들어지므로 도예인이 선호하고 있지만 발색조절이 까다롭기 때문에 쉽게 사용하지 못하고 있다.1) B.
참고문헌 (14)
J. Price, “The Art of Crystalline Glazing Basic Techniques,” Krause Publications, Iola, WI. USA, 2003.
B. Karasu and S. Turan, “Effect of Cobalt Oxide and Copper Oxide Additions to Zinc-containing Soft Porcelain Glazes,” Am. Ceram. Soc. Bull., 80 [9] 41-5 (2001).
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