Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Jul 2020)
Effect of the substitution of Co2+ by Mg2+ on the color of the CoCr2O4 ceramic pigment synthesized by solution combustion
Abstract
This research presents the effect on the color of the green ceramic pigment CoCr2O4 when Co2+ was replaced by Mg2+. The objective is to reduce the concentration of cobalt in the pigments, which is considered an expensive and toxic raw material. The pigments were synthesized by solution combustion in one-step. The X-ray Diffraction (XRD) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) of the as-prepared powders showed that the spinel structure was obtained during the combustion reaction. The microstructure of the pigments was observed by Scanning Electron Microscopy (SEM) and the powders are porous due to the gases formed during the reaction. Finally, the color change of the powders was evidenced by UV–vis–NIR Diffuse Reflectance Spectroscopy (DRS) and calculation of CIEL*a*b* chromatic coordinates. The largest color change ΔE*ab of 9.8 was between CoCr2O4 and MgCr2O4 as a result of the absence of electronic transitions in Mg2+. The results of thermal stability of the green pigments using a commercial frit showed that they could be used in ceramic decoration at 1050 °C. Resumen: Esta investigación presenta el efecto en el color del pigmento cerámico verde CoCr2O4 cuando el Co2+ se sustituyó por Mg2+. El objetivo es disminuir la concentración del cobalto en los pigmentos, el cual se considera una materia prima costosa y tóxica. Los pigmentos se sintetizaron en una etapa por combustión en solución. Los patrones de difracción de rayos X (DRX) y la espectroscopía de infrarrojo (IR) de los polvos mostraron la obtención de la estructura espinela durante la reacción de combustión. La microestructura de los pigmentos se observó por microscopía electrónica de barrido (MEB) y los polvos son porosos debido a los gases formados durante la reacción. Finalmente, el cambio de color se evidenció por espectroscopía de reflectancia difusa UV-Vis y cálculo de las coordenadas cromáticas CIEL*a*b*. El mayor cambio de color ΔE*ab de 9.8 fue entre CoCr2O4 y MgCr2O4 como consecuencia de la ausencia de transiciones electrónicas en el Mg2+. Los resultados de estabilidad térmica de los pigmentos verdes usando una frita comercial mostraron que podrían ser usados en decoración cerámica a 1050 °C.
