Rojos. Vidriados cerámicos, mecanismo de formación del color

by Infocerámica

Esmalte cerámico rojo

El color rojo es entre los ceramistas un oscuro objeto de deseo por su dificultad para conseguirse, pues tenemos la convicción de que son colores muy esquivos, a lo largo de este articulo se darán pautas para que este color pueda estar en las paletas de todo el que lo desee

Texto: Mar Marcelino

Muchas veces se habla de la versatilidad que tiene el cobre para proporcionar distintos colores: verdes, rojos, azules…y esto sin necesitar de otros óxidos colorantes para este cambio. Esta cualidad se relaciona con la configuración electrónica que es explicada por la teoría del campo cristalino.

La teoría del campo cristalino nos permite explicar el color en compuestos iónicos, que contienen cationes de metales de transición y/o tierras raras con electrones desapareados. El cálculo de los niveles de energía para un catión es complejo y depende de:

  • La valencia (estado de oxidación)
  • La simetría del entorno del ión (poliedro de coordinación)
  • La fuerza del campo cristalino (naturaleza y fuerza del enlace)

 

También tenemos que tener en cuenta que hay varias maneras para conseguir color en un material cerámico.

Por un lado tenemos el desarrollo de color en la misma red vítrea del silicato, como parte integrante de esta, pudiendo no ser parte de la red fundamental del silicato. Este mecanismo comprende dos maneras.

Iones solubles en el vidriado que originan coloraciones y forman parte de la estructura fundamental de la sílice. Estos iones colorantes pertenecen al primer periodo de los metales de transición (cromo, manganeso, hierro, cobalto, níquel…) y a los lantánidos. Para obtener el color deseado, estos elementos a menudo han de reaccionar además con los óxidos no colorantes de elementos tales como aluminio, silicio, calcio, magnesio, plomo y boro, en proporciones muy determinadas. Junto al efecto propiamente colorante estos compuestos metálicos también influyen en las restantes propiedades del vidriado, como son tensión superficial, viscosidad, tiempo de madurez del vidriado o temperatura de fusión de este.

Suspensiones coloidales distribuidas uniformemente en los vidriados. El vidriado tiene en suspensión partículas coloidales (100-10 nm) que colorean por un mecanismo combinado de absorción y dispersión. Depende mucho de las condiciones de calentamiento.

Por otro lado el método más común de obtención de un color en un material cerámico es dispersar en ese material una fase cristalina coloreada. En este caso, los colorantes además de absorber una determinada longitud de onda, producen dispersión de la luz, que se percibe como opacidad. Por ello el uso de colorantes cerámicos implica por regla general superficies opacas y colores sólidos.

Para estabilizar estos colorantes, y facilitar su utilización en vidriados fundidos, de alto poder disolvente o para temperaturas elevadas, para alcanzar una solubilidad menor o un determinado tono de color se calcinan, recuecen, fritan o funden los compuestos metálicos junto con otras sustancias (caolín, cuarzo, feldespato etc.) a fin de que se originen los colorantes cerámicos, deben cumplir unas reglas:

  • Termoestabilidad
  • Insolubilidad en matriz vítrea
  • No modificar las propiedades de la matriz

 

Además de estas propiedades, para ser reproducibles, los colorantes precisan de un estricto control de las características de las materias primas de partida y del tratamiento térmico, en términos químicos, diríamos que es necesario que nuestro sistema alcance un equilibrio en el que nuestro producto final tenga una composición fija y previsible.

Los colorantes cerámicos contemplan varias naturalezas físico-químicas en las que se basan algunas de sus propiedades:

Colorantes estructurales. Estructura inorgánica definida en la que se integra algún ion cromóforo. Es el caso del verde victoria, estructura granate de uvarovita, Ca3Cr2Si3 O12 en la que el ion Cr+3 que ocupa los huecos octaédricos de la estructura granate actúa como cromóforo, esto también ocurre en la espinela de cobalto –aluminio.

Disoluciones solidas de un cromóforo en una red huésped. El nuevo ion sustituye alguno de los cationes formadores de la red cristalina generalmente un metal de transición. Este es el caso del azul de vanadio y circón, el que el ion V+4 entra en disolución solida sustituyendo al Zr+4 en la red de ortosilicato Zr SiO4, siendo el agente responsable de la coloración turquesa, el amarillo de praseodimio y circón, y el rosa de cromo estaño en la esfena son otros ejemplos.

Colorantes de oclusión o encapsulados. Los cristales de la sustancia cromófora están encapsulados dentro de un cristal de la red huésped, por ejemplo el rojo de sulfoseleniuro de cadmio, donde hay una dispersión de cadmio en el sulfoseleniuro.

Colorantes mordientes. Deposición de una capa coloidal del material cromóforo sobre una partícula portadora.

Estos conceptos básicos de formación del color nos ayudan a entender como un mismo elemento puede formar distintos colores, centrándonos en este artículo en el color rojo.

A continuación se representa un esquema que nos indica todos los elementos que mediante un mecanismo de los explicados anteriormente nos proporcionan tonalidades rojizas, viendo que de un solo elemento este color puede emerger de distintas formas. De esta forma nos olvidamos de la afirmación muy extendida de que los rojos solo se pueden conseguir mediante cobre.

Cromo

Cromo – Plomo, cromato de plomo
Cromo – Aluminio, estructura corindón
Cromo – Estaño, estructura casiterita
Cromo – Aluminio – Zinc, estructura espinela
Cromo – Calcio – Estaño – Sílice, estructura esfena

Manganeso

Manganeso – Alúmina, estructura corindón
Hierro
Hierro – Sílice – Circonio, estructura circón
Hierro, estructura corindón

Cobalto

Cobalto- Circonio- Sílice, estructuro circón

Níquel

Níquel-bario

Cobre

Cobre, por atmosfera reductora
Cobre, por reducción química

Selenio

Selenio-Cadmio-Azufre, sulfoseleniuro
Selenio-Azufre-Cadmio-Sílice-Circonio, estructura circón

Oro

Oro, coloidal
Oro, nanopartículas

Erbio

Oxido de Erbio
Uranio
Uranio –Plomo, uranato de plomo

A continuación se detallan mediante imágenes y recetas los ensayos de comprobación que se han realizado para contrastar la información.

Cada una de estas muestras busca ser representativa de los distintos mecanismos de formación de color anteriormente estudiados.

Se han formulado vidriados en el que las estructuras que aporta color se forman simultáneamente al vidriado, lo cual complica la formulación y no siempre esto es posible. Como también se han utilizado pigmentos comerciales buscando un punto de comparativa y dando las dos opciones. En el resumen que presento a continuación muestro los más interesantes.

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Infocerámica agradece a Mar marcelino por la realización de este artículo.

Otro artículo de Mar Marcelino: Rojos cerámicos. Ese oscuro objeto de deseo

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5 comments

Edel Rzepka 15 de septiembre de 2017 - 11:39

Fascinante artículo, 🙂

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Ana-Belén Montero 26 de septiembre de 2017 - 21:15

Un artículo genial! Muchas gracias! El CQ003 es el esmalte craquelado de Ceradel, supongo?

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Infocerámica
Infocerámica 27 de septiembre de 2017 - 07:06

Efectivamente, el CQ003 es una cubierta transparente, pero de Prodesco (España), puedes ver sus caracteristicas aquí: http://www.prodesco.es/gestion/modulos/productos/imagenes/archivos/CQ003rev2181109.pdf

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Inmaculada Fernandez Caballero 18 de octubre de 2017 - 18:03

Que cantidad de información tan valiosa y tan fundamentada. Muchas gracias. Haré alguna prueba

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Infocerámica
Infocerámica 19 de octubre de 2017 - 08:47

Gracias, eso intentamos en Infocerámica

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