Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Nov 2022)
A study of zircon crystallization, structure, and chemical resistance relationships in ZrO2 containing ceramic glazes
Abstract
This study aims to investigate zircon (ZrSiO4) formation during thermal treatment and its influence on the structure and properties of the ceramic glazes. Four raw ceramic glazes with the addition of 5, 9, 13, and 17 wt% of ZrO2 (<5 μm) at the expense of SiO2 were prepared by the ceramic traditional route. To obtain homogeneous melting and consequently a high-quality surface, 5 wt% of colemanite (2CaO·3B2O3·5H2O) was added to the ceramic glazes formulation. XRD, NMR, Raman spectroscopy and FTIR measurements revealed the formation of ZrSiO4. An increase of ZrSiO4 from 35 to 86 wt% with an increase of ZrO2 content in the composition of ceramic glazes was observed. 29Si solid-state MAS NMR measurements also showed that with successive increases of ZrO2 concentration the relative intensity of zircon resonance increases. The evaluation of the chemical resistance revealed the beneficial effect of ZrSiO4 on this property. Resumen: Este estudio examina la formación de circón (ZrSiO4) durante el tratamiento térmico y su influencia en la estructura y propiedades de los esmaltes cerámicos. Cuatro esmaltes cerámicos fueron preparados con la adición de 5, 9, 13 y 17% en peso de ZrO2 (<5 μm) a expensas de SiO2 utilizando técnicas tradicionales. Para obtener una fusión homogénea y, en consecuencia, una superficie de alta calidad, se añadió un 5% en peso de colemanita (2CaO-3B2O3-5H2O) a la formulación de los esmaltes cerámicos. Las mediciones de XRD, NMR, espectroscopia Raman y FTIR revelaron la formación de ZrSiO4. Se observó un aumento de ZrSiO4 del 35 al 86% en peso con un aumento del contenido de ZrO2 en la composición de los esmaltes cerámicos. Las mediciones de NMR del 29Si estado sólido también mostraron que con los incrementos sucesivos de la concentración de ZrO2 aumenta la intensidad relativa de la resonancia del circón. La evaluación de la resistencia química reveló el efecto beneficioso del ZrSiO4 sobre esta propiedad.
