84-97
Fernando Agua, Ángel Sánchez-Cabezudo, Almudena Pérez de Tudela, María Ángeles Villegas, Manuel García-Heras
With the aim to contrast existing historical documentation with information provided by the own materials, an archeometric study of a representative set of tiles from the Monastery of El Escorial was undertaken. The ensemble, composed of 19 ceramic fragments, covers examples from the 16th and 17th century, either from Talavera or Toledo provenances, and was selected according to stylistic criteria. The goals of the study consisted in determining the average chemical composition of the ceramic body, its textural and microstructural characteristics, the crystalline phases to establish firing temperatures, also in studying these aspects in the enamel or glaze layer, as well as in identifying the chromophores for the coloring of the decorations. Conventional techniques such as binocular magnifying glass, XRF spectrometry, petrographic observation by thin-section, XRD, FESEM with EDS microanalysis and visible spectrophotometry were used. Resulting data indicated the use of calcareous clays for the body (22.0–25.5wt.% CaO), the presence of neoformed phases such as gehlenite, diopside and anortite which suggest a firing temperature between 950 and 1050°C approximately, lead-based glazes (∼25.0wt.% PbO on average) with SnO2-opacifier (∼57.0wt.% on average) and Co2+, Cu2+, Fe3+-ions and lead antimoniate for blue, green, brown and yellow decorative colors, respectively.
Key words:Ceramics Tiles Characterization Royal Monastery of El Escorial Archaeometry
Un caso de estudio arqueométrico de azulejos de diferentes periodos del Real Monasterio de San Lorenzo de El Escorial (España)
Con el objetivo de contrastar la documentación histórica existente con la información proporcionada por los propios materiales se realizó un estudio arqueométrico de un conjunto representativo de azulejos procedentes del Monasterio de El Escorial. El conjunto, compuesto por 19 fragmentos cerámicos, cubre ejemplares de los siglos xvi y xvii, tanto de posible procedencia talaverana como toledana, y se seleccionó según criterios estilísticos. Los objetivos del estudio consistieron en determinar la composición química promedio del cuerpo cerámico, sus características texturales y microestructurales, las fases cristalinas para establecer las temperaturas de cocción, también en estudiar estos aspectos en la capa de esmalte o vidriado, así como en identificar los cromóforos de la coloración de las decoraciones. Se utilizaron técnicas convencionales como lupa binocular, espectrometría de FRX, observación petrográfica mediante lámina delgada, DRX, MEBEC con microanálisis EDS y espectrofotometría visible. Los datos resultantes indicaron el uso de arcillas calcáreas para el cuerpo cerámico (22,0-25,5% en peso de CaO), la presencia de fases neoformadas como gehlenita, diópsido y anortita que sugieren una temperatura de cocción de entre 950 y 1.050°C, aproximadamente, esmaltes de base plomo (promedio ∼25,0% en peso de PbO) con SnO2 (promedio ∼57,0% en peso) como opacificante y presencia de iones Co2+, Cu2+, Fe3+ y antimonio de plomo para los colores azul, verde, marrón y amarillo, respectivamente, de las decoraciones.
Palabras clave:
Cerámica Azulejos Caracterización Real Monasterio de El Escorial Arqueometría
98-106
Ahmed A. Amer, Hamdy El-Didamony, Tarek M. El-Sokkary, Mohamed I. Wahdan
This work aimed to synthesize and characterize some calcium aluminate phases via sol–gel method. These phases were produced by mixing calcium and aluminum nitrates salts [Ca(NO3)2·4(H2O) & Al(NO3)3·9(H2O)] which have been used as starting raw materials to prepare nano-oxides composite of CaO as well as Al2O3 in different molar ratio for synthesizing CA, C2A and C3A pure phases via Sol–Gel method. The produced powder has been investigated by X-ray Diffraction (XRD), Dynamic Light Scattering (DLS), Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Scanning Electron Microscope (SEM) and Thermal Gravimetric as well as Differential Thermal Analyses (TGA & DTA) techniques. The influence of phase composition, calcination temperature as well as the calcination period on the phases’ characters was also studied. In addition, the microstructure and the physico-mechanical properties of hydrated phases have been studied. This study concluded that, using nano size starting materials led to the formation of CA and C3A phases at 1000/1h and 1200°C/2h, respectively which were lower than the traditional methods, while the C2A phase could not be formed under the normal condition. The crystalline calcium aluminate phases have been formed at earlier calcination temperature with increasing CaO molar ratio.
Key words:Sol–gel Calcium aluminate phases Nano-sized CaO–Al2O3 system Synthesis Characterization
Síntesis y caracterización de algunas fases de aluminato de calcio a partir de materias primas de tamaño nanométrico
Este trabajo tuvo como objetivo sintetizar por el método sol-gel fases de aluminato de calcio y su caracterización. Se utilizaron como materias primas nitratos de calcio y aluminio [Ca(NO3)2·4(H2O) y Al(NO3)3·9(H2O)] para preparar nano-óxidos compuestos de CaO y Al2O3 en diferente relación molar para sintetizar fases puras de CA, C2A y C3A. Los polvos sintetizados se caracterizaron por difracción de rayos X, dispersión dinámica de la luz (DLS), espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier (FTIR), microscopio electrónico de barrido y análisis térmico diferencial y termogravimétrico (DTA-TGA). Se analizó la influencia de la composición de partida y la temperatura y el periodo de calcinación en las fases sintetizadas y sus características. Además, se estudiaron la microestructura y las propiedades físico-mecánicas de las fases hidratadas. Este estudio concluyó que, el uso de materiales de partida de tamaño nanométrico conduce a la formación de fases CA y C3A mediante tratamientos a 1.000 y 1.200°C y que la C2A no forma en condiciones normales.
Palabras clave:
Método sol-gel Fases de aluminato de calcio Sistema CaO-Al2O3 de tamaño nanométrico Síntesis Caracterización
107-120
Thais Cleofé Linares Fuentes, Cecilio Julio Alberto Garrido Schaeffer, Wilfredo More, Nilo Felipe Cornejo, Aitana Tamayo, Juan Rubio
En este trabajo se presenta un estudio en el que se aplica la teoría funcional de densidad (DFT), utilizando el software CASTEP, para cristales de silicato (K2SiO3, K2Si2O5 y K2Si4O9) y de óxido de silicio (cuarzo). La densidad de estados (DOS) de estos silicatos muestra que los dos tipos de átomos de oxígeno, puente (BO) y no puente (NBO), tienen una distribución electrónica significativamente diferente en los orbitales 2p y 2s, debido a un ambiente químico inmediato diferente. Esto lleva a un desplazamiento a energías menores de las bandas de valencia s y p de la densidad de estados parcial (PDOS) del NBO de alrededor de 2 eV respecto de la PDOS del BO. En el cristal de menor contenido en K2O (K2Si4O9), se incrementan los enlaces covalentes Si-O debido a la transferencia de carga electrónica del orbital 4s del átomo de potasio al NBO, y de este NBO al átomo de silicio y, finalmente, a todos los átomos del tetraedro, lo que permite mejorar la fuerza de enlace del sistema. Este hecho resulta en que el material final tenga una mayor resistencia mecánica. Por otro lado, en el K2Si2O5 (el cual posee un NBO por tetraedro) el enlace Si-O es más débil con respecto al del K2Si4O9, tendencia que se acentúa en el K2SiO3 (que posee dos NBO por tetraedro). Esta misma tendencia sigue la dureza Vickers calculada teóricamente. Este estudio se ha aplicado a vidrios de silicato de potasio obtenidos experimentalmente y se han comparado varias propiedades mecánicas con las teóricas de los respectivos cristales de igual composición química. Los NBO tanto de cristales como de vidrios se han cuantificado a partir de las unidades estructurales Qn. Se ha observado que las propiedades mecánicas de los vidrios no pueden ser explicadas únicamente por las contribuciones de los tetraedros libres unidos por el vértice y caracterizados por sus BO y NBO como función de la concentración en K2O, es decir por los Qn. Esto es debido a que la DFT de CASTEP para sistemas cristalinos considera todo orden de interacción. Por ello es necesario utilizar estructuras a alcance intermedio, denominadas como unidades estructurales rígidas (RSU). La contribución de los tetraedros libres se ha calculado usando la dureza Vickers del cristal y un factor de apantallamiento por la pérdida de la interacción de medio y largo alcance. En el trabajo se explica el comportamiento de la dureza Vickers y módulo de Young de vidrios de SiO2-K2O en un amplio rango de composiciones molares.
Palabras clave:DFT CASTEP Cristal Vidrio Silicato de potasio Dureza Vickers
Density Functional Theory on potassium silicate crystals. Application to mechanical properties and Vickers microhardness calculus in glasses
In this work, a study is presented in which the density functional theory (DFT) is applied, using the CASTEP software, for crystals of silicate (K2SiO3, K2Si2O5 and K2Si4O9) and of silicon oxide (quartz). The Density of State (DOS) of these silicates shows that the two types of oxygen atoms, bridging (BO) and non-bridging (NBO), have a significantly different electron distribution in the 2p and 2s orbitals, due to a different and close chemical environment. This leads to a displacement to lower energies (around 2 eV) of the s and p valence bands of the partial density state (PDOS) of the NBO regarding the PDOS of the BO. In the crystal with the lowest K2O concentration (K2Si4O9), the covalent Si-O bonds are increased due to the electronic charge transfer of the 4s orbital from the potassium atom to the NBO, and from this NBO to the silicon atom and, finally, to all the atoms of the tetrahedron, which allows to improve the bond strength of the whole system. This fact results in the final material having a higher mechanical resistance. On the other hand, in K2Si2O5 (which has one NBO per tetrahedron) the Si-O bond is weaker compared to K2Si4O9, a tendency that is highlighted in K2SiO3 (which has two NBOs per tetrahedron). This same trend follows the theoretically calculated Vickers hardness. This study has been applied to experimentally obtained potassium silicate glasses and several mechanical properties have been compared with the theoretical properties of the respective crystals of similar chemical composition. The NBO of both crystals and glasses have been quantified from the Qn structural units. It has been observed that the glass mechanical properties cannot be only explained by the contributions of the free tetrahedral joined by the vertice and characterized by their BO and NBO as a function of the concentration in K2O, that is by Qn. This is because CASTEP's DFT theory for crystalline systems considers every order of interaction. Therefore, it is necessary to use intermediate-range structures called rigid structural units (RSUs). The contribution of free tetrahedral has been calculated using the Vickers hardness of the crystal and a screening factor for the loss of medium and long range interactions. This work explains the behaviour of the Vickers hardness and Young's modulus of SiO2-K2O glasses in a wide range of molar compositions.
Key words:
DFT CASTEP Crystal Glass Potassium silicate Vickers hardness
121-129
Ezzat A. El-Fadaly, Anwar S. Askar, Mobarak H. Aly, Doreya M. Ibrahim
Highly porous mullite-corundum bodies were prepared by slip casting with the utilization of porogen sources as environmental wastes. The stoichiometric composition of mullite was established by the application of clay and alumina. Pore formers were saw dust or activated charcoal. Bodies were processed, dried and fired between 1180 and 1450°C. Microstructure and the mechanical properties of the product were evaluated. The results showed that, the porosity decreased with raising the firing temperature but the mullite formation increased. The porosity increased with the addition of pore forming agent while modulus of rapture decreasing. The results concluded that the porosity ranged (40–56%) with the addition of pore forming agent (1–10%) with decreasing modulus of rapture (30–8.5MPa) respectively.
Key words:Mullite Porous ceramics Environmental wastes Porosity
Propiedades reológicas, físico-mecánicas y microestructurales de materiales cerámicos de mullita porosa empleando residuos ambientales
Se prepararon piezas de mullita-corindón con elevada porosidad mediante colaje empleando como agentes porógenos residuos ambientales. La composición estequiométrica de la mullita se consigue formulando a partir de arcilla y alúmina. Los formadores de poros empleados han sido serrín o carbón activo. Los materiales fueron procesados, secados y cocidos entre 1.180 y 1.450°C. Se estudiaron la microestructura y las propiedades mecánicas del producto. Los resultados mostraron que la porosidad disminuyó al aumentar la temperatura de cocción, en cambio la formación de mullita aumentó. La porosidad aumentó con la adición del agente formador de poros, mientras que el módulo de ruptura disminuyó. Los resultados han concluido que la porosidad ha aumentado (40-56%) con la adición de agente formador de poros (1-10%) y el módulo de ruptura ha disminuido (30-8,5MPa) respectivamente.
Palabras clave:
Mullita Cerámica porosa Residuos medioambientales Porosidad
130-145
Achraf Harrati, Ahmed Manni, Fahd Oudrhiri Hassani, Ali Sdiri, Souad El Kalakhi, Abdeslam El Bouari, Iz-Eddine El Amrani El Hassani, Chaouki Sadik
Potential use of raw clayey deposits from El Jadida, Morocco, in the manufacture of traditional ceramic products has been evaluated through a careful sampling and an in-depth characterization of the outcropping features around Ouled Sidi Ali Ben Youssef area (El Jadida city). We collected six representative clay-rich materials (C1–C6) for subsequent analyses by several spectroscopic and mineralogical techniques including physico-chemical, mineralogical, and thermal analyses. Our results revealed high amounts of oxides, mainly SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO and MgO. Those ferruginous clays were found suitable for dark ceramic bodies. Further mineralogical examination confirmed low to medium contents of clay minerals, but subordinated by quartz, calcite, dolomite and plagioclase as the main nonclay minerals. Ternary diagram plots indicated that the studied clays were suitable for structural clay products and clay roofing tiles. C5 sample exhibited the best physico-chemical and mineralogical properties due to its illitic nature (64%), low quartz content (28%), high plasticity index (32) and lower loss on ignition (10.84%). Therefore, C5 clayey sample was selected as a potential candidate to be mixed with expanded perlite (EP) for the production of insulating ceramics. Specimen were prepared from the new mixture (i.e., C5 and EP) by pressing and firing at 1100°C. The obtained ceramic bodies were ascertained by addressing their bulk density, water absorption, shrinkage, bending strength, thermal conductivity, structural and mineralogical properties.
Key words:Clay Expanded perlite Traditional ceramic Porosity Insulating
Potencialidad de nuevos materiales ricos en arcilla oscura para aplicaciones de cerámica porosa en el área de Ouled Sidi Ali Ben Youssef (Meseta costera, Marruecos)
El uso potencial de depósitos de arcilla en bruto de El Jadida, Marruecos, en la fabricación de productos cerámicos tradicionales se ha evaluado mediante un muestreo cuidadoso y una caracterización en profundidad de las características de afloramiento alrededor del área de Ouled Sidi Ali Ben Youssef (ciudad de El Jadida). Recolectamos seis materiales representativos ricos en arcilla (C1 a C6) para análisis posteriores mediante varias técnicas espectroscópicas y mineralógicas, incluidos análisis fisicoquímicos, mineralógicos y térmicos. Nuestros resultados revelaron altas cantidades de óxidos, principalmente SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO y MgO. Esas arcillas ferruginosas se encontraron adecuadas para cuerpos de cerámica oscura. Un examen mineralógico adicional confirmó contenidos bajos a medios de minerales arcillosos, pero subordinados por cuarzo, calcita, dolomita y plagioclasa como los principales minerales no arcillosos. Los diagramas de diagrama ternario indicaron que las arcillas estudiadas eran adecuadas para productos de arcilla estructural y tejas de arcilla. La muestra C5 exhibió las mejores propiedades fisicoquímicas y mineralógicas debido a su naturaleza ilítica (64%), bajo contenido de cuarzo (28%), alto índice de plasticidad (32) y menor pérdida por ignición (10.84%). Por lo tanto, la muestra arcillosa C5 se seleccionó como un candidato potencial para ser mezclado con perlita expandida (EP) para la producción de cerámica aislante. Las muestras se prepararon a partir de la nueva mezcla (es decir, C5 y EP) presionando y disparando a 1100 ̊ C. Los cuerpos cerámicos obtenidos se determinaron abordando su densidad aparente, absorción de agua, contracción, resistencia a la flexión, conductividad térmica, propiedades estructurales y mineralógicas.
Palabras clave:
Arcilla Perlita expandida Cerámica tradicional Porosidad Aislante
146-159
Khalissa Ariane, Aitana Tamayo,Abdellah Chorfa, Fausto Rubio, Juan Rubio
The structure, microstructure, thermal and mechanical properties of glasses and glass-ceramics in the LMAS (Li2O, MgO, Al2O3, SiO2) system and the effect of P2O5 and Al2O3 additives have been studied. The transition temperatures of both glasses and glass-ceramics increase with the P2O5 and Al2O3 concentration, but at high temperatures the melt viscosity decreases. The main crystalline phases formed are lithium aluminium silicate, enstatite and β-spodumene, being the growth of β-spodumene favoured by fluorine ions, P2O5 and the heat treatment temperature as well. Raman and FT-IR spectroscopies have shown the formation a silica-rich glass phase which acts as a matrix of the crystallites containing Al2O3 and P2O5 in its composition. The shape and aspect ratio of the crystallites depend on the Al2O3 concentration. For low Al2O3 concentration a variety of tubular, granular and plate-like crystals appear, while for high Al2O3 concentration the main shape of the crystals is spherical or globular. Hv, E and CTE properties are related to the crystalline phases formed during the crystallization treatment, and their variations are in accordance with the increase of the crystal aspect ratio. The CTE values of the GCs decrease as the P2O5 content increases up to 3%, while for the Al2O3 concentration of 16% the minimum CTE value is obtained. Hv and E values of the GCs are higher than those corresponding to their respective parent glasses. According to these values, these glasses and glass-ceramics are not appropriate for machining.
Key words:Glass-ceramics Nucleation Thermal properties Spectroscopy
Efecto del P2O5 yAl2O3 en la cristalización, estructura, microestructura y propiedades de vitrocerámicos del sistema Li2O-MgO-Al2O3-SiO2-TiO2-ZrO2
En este trabajo se ha estudiado el efecto del contenido en P2O5 y Al2O3 en vidrios y vitrocerámicos del sistema LMAS (Li2O, MgO, Al2O3, SiO2) en su estructura, microestructura y propiedades térmicas y mecánicas. La adición de estos dos óxidos produce el aumento de las temperaturas de transición tanto de los vidrios como de los vitrocerámicos correspondientes, sin embargo, la viscosidad a alta temperatura decrece. Las fases cristalinas que se forman son fundamentalmente silicato de litio-aluminio, enstatita y β-espodumena, donde el crecimiento de β-espodumena está favorecido por la presencia de iones F, P2O5 así como por la temperatura de tratamiento. Las espectroscopias Raman y FTIR han permitido detectar la formación de una fase vítrea rica en sílice que actúa como matriz de los cristales que contienen Al2O3 y P2O5 en su composición. La microestructura cristalina depende de la concentración de y Al2O3 en los vidrios. Para bajas concentraciones de Al2O3 se originan cristales con formas tubulares o con formas mientras que para altas concentraciones de Al2O3 los cristales tienen forma esférica o globular fundamentalmente. Los valores de HV, E y CTE están relacionados con las fases cristalinas formadas durante el tratamiento de cristalización, y sus variaciones están relacionados con el factor de forma de los cristales. Los valores de CTE de los vitrocerámicos disminuyen a medida que el contenido de P2O5 aumenta hasta un 3%, mientras que para la concentración de Al2O3 del 16% se obtiene el valor mínimo de CTE. Los valores Hv y E de los GC son más altos que los correspondientes a sus respectivos vidrios principales. Estos valores indican que estos materiales, tanto vidrios como vitrocerámicos, no son apropiados para ser mecanizados.
Palabras clave:
Vitrocerámicos Nucleación Propiedades térmicas Espectroscopía
160-168
Hugo P.A. Alves, Allan J.M. Araújo, Rivaildo M. Andrade, Rubens A. Junior, Heber S. Ferreira, Wilson Acchar, Liszandra F.A. Campos, Daniel A. Macedo
Mullite is one of the preferred aluminosilicates for both traditional and advanced ceramics. This paper reports the use of simplex-centroid mixture design to prepare mullite–glass ceramics by reactive sintering. The phase composition and technological properties of formulations containing kaolinitic clay, kaolin waste and alumina were investigated after sintering at 1400°C. The sintering behavior was assessed by dilatometry. Microstructural analysis indicated the crystalline phases mullite, residual quartz, cristobalite, and α-alumina. A glassy phase was also identified as a matrix embedding mullite grains (as seen by X-ray diffractometry and scanning electron microscopy). In kaolin waste-rich formulations, a liquid phase sintering mechanism favored the densification process and the mechanical resistance. Highly significant statistical models allow correlating the concentrations of raw materials with linear firing shrinkage, water absorption and apparent porosity. Overall results stand out for the potential of using kaolin waste in the preparation of mullite–glass ceramics.
Key words:Kaolinitic clay Kaolin waste Mullite SiO2–Al2O3–K2O Design of experiments
Procesamiento de materiales cerámicos de mullita-vidrio a través del diseño de mezclas simplex con centroide: proceso de densificación dominado por la sinterización en fase líquida
La mullita es uno de los aluminosilicatos preferidos para la producción de cerámicas tradicionales como avanzadas. Este artículo informa sobre el uso del diseño de mezclas simplex con centroide para preparar materiales cerámicos de mullita-vidrio a través de la sinterización reactiva. Las fases presentes en el material y las propiedades de las formulaciones que contienen arcilla caolinítica, residuos de caolín y alúmina se investigaron después de la sinterización a 1.400°C. El comportamiento del material cerámico sinterizado se evaluó por dilatometría. Por otra parte, el análisis microestructural mostró la presencia de fases cristalinas de mullita, cuarzo residual, cristobalita y α-alúmina. También se identificó una fase vítrea como una matriz que incorpora granos de mullita (se demostró por difractometría de rayos X y microscopía electrónica de barrido). En las formulaciones ricas en residuo de caolín, la sinterización en fase líquida favoreció el proceso de densificación y la resistencia mecánica. Los modelos estadísticos altamente significativos permiten relacionar las concentraciones de materias primas con la contracción de cocción lineal, la absorción de agua y la porosidad aparente. Los resultados generales destacan el uso de residuo de caolín en la preparación de materiales cerámicos tipo mullita-vidrio.
Palabras clave:
Arcilla caolinítica Residuo de caolín Mullita SiO2–Al2O3–K2O Diseño de experimentos
169-181
Laura Medeghini, Silvano Mignardi, Caterina De Vito
Ceramic findings from “Grotta deiCocci” and dating back to the Early Neolithic were studied. The ceramic samples have been characterized by a combined use of Optical Microscopy (OM), X-ray Powder Diffraction (XRPD) and Scanning Electron Microscopy (SEM-EDAX) to define the mineralogical assemblage, to estimate firing conditions and to provide information on raw materials used for the production. The results show that the main mineral inclusions are quartz, flint and carbonate rocks and minor amount of biotite, calcite, feldspar and pyroxene; in addiction, fragments of magmatic rocks have been identified.
The optical active matrix and the presence of mineral inclusions of primary calcite allow the estimation of the maximum firing temperature in the range 750–850°C under uncontrolled atmosphere conditions. Finally, a local origin of raw materials is supported by the presence of sedimentary and magmatic rocks that outcrop close to the archaeological site.
Key words:Cave Neolithic Prehistory Ceramic Technology
Palabras clave:
2-12
Luiza Felippi de Lima, J.E. Zorzi, R.C.D. Cruz
Basalts, which cover about 70% of the Earth's surface, are igneous rocks originating from cooling and solidifying the magma on the Earth's surface. Products obtained from the melting of rocks have a wide market and can be considered the precursors of glass-ceramic technology. These materials are promising due to the possibility of converting low-cost natural raw materials into products with excellent mechanical, thermal, and chemical properties. In this article, a general overview of the basic principles for obtaining basaltic glass-ceramic materials will be made, as well as their properties, applications, and potentialities.
Key words:Basalt Glass-ceramic Properties Applications
Vitrocerámica basáltica: una breve revisión
Los basaltos, que cubren aproximadamente el 70% de la superficie de la Tierra, son rocas ígneas que se originan al enfriar y solidificar el magma en la superficie terrestre. Los productos obtenidos de la fusión de rocas tienen un amplio mercado y pueden considerarse los precursores de la tecnología de vitrocerámica. Estos materiales son prometedores debido a la posibilidad de convertir materias primas naturales de bajo costo en productos con excelentes propiedades mecánicas, térmicas y químicas. En este artículo se realiza una descripción general de los principios básicos para obtener materiales basálticos de vitrocerámica, así como sus propiedades, aplicaciones y potencialidades.
Palabras clave:
Basalto Vitrocerámica Propiedades Aplicaciones
13-26
Liliana Gianni, Hélène Renel, Aleksandar Kremenović, Philippe Colomban
Representative ‘Bluespeckled’ (13–16th centuries) and ‘Brownspeckled’ (13–21st century) wares recovered from the excavations in Qalhât or collected around Bahlâ city (Sultanate of Oman) were characterized by XRPD, SEM-EDS, Raman/optical microspectroscopy, and thermal expansion. Minerals present in the body (quartz, augite and albite as major phases, calcite, dolomite, rutile, anatase, phosphate, hematite and magnetite as minor phases) were identified by XRPD and/or Raman spectroscopy. SEM-EDXS microanalysis was performed on the glazes in order to compare their composition, especially the type of flux. The firing temperatures measured from the thermal expansion curves range between 1080°C and 1150°C. This preliminary study confirms that the first differentiation can be made by considering non-invasive Raman technique and thermal expansion measurement is sufficient to get an extensive comparison of the wares. A local place of production is likely for the body of all samples but importation of the glazes of ‘Bluespeckled’ wares is questioned. Modern Bahlâ productions cannot be considered to have inherited the Qalhât ones. Ba-rich, cassiterite-opacified glaze corresponding to the Late Islamic Arabic Period appears as a new technology without a connection to the ancient one.
Key words:Firing Glaze Traditional ceramics Provenance studies Augite
‘Blue-’ and ‘Brown-speckled’ pottery from Qalhât, the Sultanate of Oman (13–16th centuries): Comparison with traditional Omani 19–20 century productions
Las mercancías representativas ‘moteadas de azul’ (siglos XIII-XVI) y ‘moteadas de marrón’ (siglos XIII-XXI) recuperadas de las excavaciones en Qalhât o recolectadas alrededor de la ciudad de Bahlâ (Sultanato de Omán) se caracterizaron por microscopía XRPD, SEM-EDS, Raman, microscopía y expansión térmica. Los minerales presentes en el cuerpo (cuarzo, augita y albita como fases principales, calcita, dolomita, rutilo, anatasa, fosfato, hematita y magnetita como fases menores) se identificaron mediante espectroscopía XRPD y/o Raman. Se realizó un microanálisis SEM-EDXS en los esmaltes para comparar su composición, especialmente el tipo de flujo. Las temperaturas de cocción medidas a partir de las curvas de expansión térmica oscilan entre 1080° C y 1150° C. Este estudio preliminar confirma que la primera diferenciación se puede hacer considerando la técnica Raman no invasiva y la medición de la expansión térmica es suficiente para obtener una comparación extensa de las mercancías. Es probable que haya un lugar de producción local para el cuerpo de todas las muestras, pero se cuestiona la importación de los esmaltes de las mercancías “moteadas de azul”. No se puede considerar que las producciones modernas de Bahlâ hayan heredado las de Qalhât. El esmalte opacificado con casiterita, rico en Ba correspondiente al último período árabe islámico, aparece como una nueva tecnología sin conexión con la antigua.
Palabras clave:
Sinterizado Vidriar Cerámica tradicional Estudios de procedencia Augita
27-34
Hassan Nosrati,Dang Quang Svend Le, Reza Zolfaghari Emamehc, Maria Canillas Perez, Cody Eric Bünger
Since recent research indicates that the addition of graphene increases the mechanical and biological properties of calcium phosphates simultaneously, graphene oxide (GO) was used in this research to enhance the properties of brushite cement. The main objective of this study is to investigate the mechanism of nucleation and growth of brushite crystals on GO sheets. Calcium nitrate tetrahydrate and diammonium hydrogenphosphate were used as calcium and phosphate precursors. The brushite chemical precipitation method on graphene sheets was used in this study and computer-assisted modeling was used to understand the process. The results of this study showed that the hybrid powders contained brushite and GO. Brushite crystals were grown after nucleation in proportion to the three main planes containing (020), (121¯), and (141). The final particles were plate shaped. The results of setting time tests showed that increasing the GO% decreases the setting time and this trend continues with an increasing amount of GO. The results of the mechanical evaluation showed that increasing the GO by up to 2% increased the mechanical properties and more than that decreased the mechanical properties.
Key words:
Nucleación y crecimiento de cristales de brushita sobre láminas de grafeno para su aplicación como cementos óseos
Estudios recientes muestran una mejora de las propiedades mecánicas y biológicas de los fosfatos de calcio con la adición de grafeno. En este trabajo, el óxido de grafeno (GO) se propone para mejorar las propiedades de cementos de composición brushita. El principal objetivo es estudiar el mecanismo de nucleación de cristales de brushita sobre láminas de grafeno. Como precursores de calcio y fosfato se han usado nitrato cálcico tetrahidratado e hidrogenofosfato amónico. Para comprender el proceso se ha usado el método de precipitación química de la brushita sobre láminas de grafeno, y la modelización asistida por ordenador. Los resultados mostraron que el producto de síntesis consistía en un polvo híbrido que contenía brushita y GO. Los cristales de brushita crecieron, tras su nucleación, a lo largo de los planos principales (020), (121¯) y (141). Las partículas resultantes tienen morfología de plaquetas. Las medidas de los tiempos de endurecimiento mostraron que el aumento en GO disminuye el tiempo de endurecimiento. En cuanto al estudio de las propiedades mecánicas reveló que el incremento en GO, hasta del 2%, mejora las propiedades mecánicas para disminuir una vez se excede dicha cantidad.
Palabras clave:
Oxido de grafeno Brushita Tiempo de endurecimiento Modelado Cemento para defectos óseos
35-41
Mário Andrean Macedo Castro, Thayane Oliveira Portela, Gricirene S. Correa, Marcelo Moizinho Oliveira, José Hilton Gomes Rangel, Samuel Filgueiras Rodrigues, José Manuel Rivas Mercury
Hydroxyapatite is the main bones and teeth inorganic mineral component. This material has been an object of research aiming its use in biomaterials as bone replacement option for biomedical applications. In this investigation, the synthesis of hydroxyapatite was studied by the Hydrothermal (HT) and Microwave Irradiation (MW) methods. Here, parameters such as pH (9 and 11) and synthesis time were varied, and residue of chicken eggshell was used as calcium precursor. The obtained powders were characterized by X-ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Dispersive Energy X-ray Spectroscopy (EDS), and Transmission Electron Microscopy (TEM). The results showed that the material synthesized when the pH reached the value of 9 which generated less carbonated powders than those with pH of 11. The Hydrothermal method presented more satisfactory morphological results according to the TEM analysis. This procedure was considered more suitable as a route to obtain hydroxyapatite as biomaterial.
Key words:Hydroxyapatite Eggshell Hydrothermal Microwave
Síntesis de hidroxiapatita por métodos hidrotermal e irradiación de microondas a partir de una fuente de calcio biogénico variando el pH y el tiempo de síntesis
La hidroxiapatita es el principal componente mineral inorgánico de huesos y dientes. Este material ha sido objeto de investigación dirigida a su uso en biomateriales como sustituto óseo en aplicaciones biomédicas. En este trabajo, se estudió la síntesis de hidroxiapatita utilizando los métodos hidrotermal (HT) y de irradiación de microondas (MW), variando parámetros como el pH (9 y 11) y el tiempo de síntesis, utilizando como precursor de calcio, el residuo de la cáscara de huevo de gallina. Los sólidos (polvo) obtenidos se caracterizaron por difracción de rayos X (DRX), espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopía de energía dispersiva (EDS) y microscopía electrónica de transmisión (MET). Los resultados mostraron que el material sintetizado a pH 9 generó polvos menos carbonatados que aquellos obtenidos a pH 11. El método hidrotérmico presentó resultados morfológicos más satisfactorios según el análisis de MET. Este procedimiento se consideró más adecuado como una ruta para obtener hidroxiapatita como biomaterial.
Palabras clave:
Hidroxiapatita Cáscara de huevo Hidrotermal Microondas
42-53
Eugeni Cañas, Alina Grünewald, Rainer Detsch, María José Orts, Enrique Sánchez, Aldo R. Boccaccini
This research has addressed a complete study of the bioactivity of bioactive glass coatings obtained by atmospheric plasma spraying. The coatings have been characterized in terms of microstructure, adhesion, crystalline phases and bioactivity. Hydroxycarbonate apatite formation was also monitored following a standard protocol and the in vitro cell response was evaluated by human osteoblast-like cells (MG-63 cells) incubation.
The obtained coatings shown a microstructure typical of glass coatings. A simulated body fluid test proved that coatings are capable of developing a surface layer of hydroxycarbonate apatite whereas the appearance of this phase takes place at a longer time than that observed for the powder feedstock. Cell-culture test showed multidirectional growth of MG-63 cells which promoted good contact between cells and the surface of the coating. This study has confirmed a positive effect of the coatings in terms of surface bioactivity and, more interestingly, it has proven an adequate cell-material interaction on the coating surface.
Key words:Bioactive glass powder Atmospheric plasma spraying Bioactive glass coatings Simulated body fluid Cell culture test
Estudio in vitro de recubrimientos de vidrio bioactivo depositados mediante proyección térmica por plasma atmosférico
Este trabajo ha abordado un estudio completo de la bioactividad de recubrimientos de vidrio bioactivo depositados mediante proyección térmica por plasma atmosférico. Se han caracterizado la microestructura, la adherencia, las fases cristalinas y la bioactividad de los recubrimientos obtenidos. También se ha estudiado la formación de hidroxiapatita carbonatada siguiendo un protocolo estándar y se ha evaluado la respuesta in vitro de los recubrimientos mediante su incubación con osteoblastos humanos (células MG-63).
Los recubrimientos obtenidos han mostrado una microestructura típica de recubrimientos de vidrio. Tras la inmersión en fluido biológico simulado, se ha comprobado que el recubrimiento es capaz de desarrollar una capa superficial de hidroxiapatita carbonatada, aunque la velocidad de aparición de esta capa es menor que la observada para el polvo de vidrio de partida. El ensayo de cultivo celular ha mostrado un crecimiento multidireccional de las células MG-63, dando lugar a un buen contacto entre las células y la superficie del recubrimiento. Este estudio ha confirmado un efecto positivo de los recubrimientos en términos de bioactividad de la superficie y, lo que es más interesante, ha demostrado una adecuada interacción célula-material sobre la superficie del recubrimiento.
Palabras clave:
Polvo de vidrio bioactivo Proyección térmica por plasma atmosférico Recubrimiento de vidrio bioactivo Fluido biológico simulado Ensayos de cultivo celular
54-63
Assia Belbali, Kamel Loucif, Aitana Tamayo,Juan Rubio, Fausto Rubio
The reaction between chamotte and active carbon at high temperature and low oxygen partial pressure conditions has been investigated. Both components react at temperatures above 1400°C where cristobalite is reduced by the carbon while increases the mullite content. At 1600°C mullite tends to disappear due to the reduction reaction leading to the formation of alumina. The reaction between chamotte and active carbon in these conditions produces the reduction of silica and mullite. This process increases with the reaction time although not all the active carbon is consumed. The graphite nanodomain size of the active carbon tends to decrease with respect to the original size with both the temperature and the reaction time. The microstructures of the obtained materials present a glassy phase due to the inherent presence of impurities in chamotte, and where small particles, pores and mullite needles are also observed. The presence of this glassy phase becomes more pronounced with the treating temperature while solid particles and pores tend to disappear, moreover, the formation of the glassy phase occurs in a less extent due to the higher concentration of active carbon. The presence of the liquid glassy phase also favours the formation of the long-needle like mullite crystals.
Key words:Kaolin Synthetic methods of silicon carbideH igh-temperature Carboreduction
Influencia de la temperatura de tratamiento en la estructura y microestructura de compuestos de chamota-carbón
Se ha estudiado la reacción que ocurre entre chamota y carbono activo a alta temperatura y en atmósfera con baja presión parcial de oxígeno. Ambos compuestos reaccionan a temperaturas superiores a los 1.400°C y ocurren con la reacción de reducción de la cristobalita y aumento del contenido en mullita. A 1.600°C la mullita tiende a desaparecer por reducción, lo que conlleva la aparición de alúmina. La reacción de chamota y carbono activo en estas condiciones produce la reducción de la sílice y la reducción de la mullita. Este proceso aumenta con el tiempo de reacción, aunque no se consume todo el carbón activo. El tamaño de los nanodominios de carbono tiende a disminuir con respecto a su tamaño original tanto con la temperatura como con el tiempo de reacción. La microestructura de los materiales obtenidos presenta una fase vítrea originada por las impurezas de la chamota y donde también se pueden observar pequeñas partículas, poros y agujas de mullita. La presencia de esta fase vítrea es más pronunciada con la temperatura de tratamiento mientras que las partículas y los poros tienden a desaparecer. Además, la formación de esta matriz vítrea es menor cuando aumenta el contenido en carbono. La presencia de la fase líquida de vidrio favorece la formación de agujas de mullita.
Palabras clave:
Caolín Métodos sintéticos de carburo de silicio Alta temperatura Reducción carbotérmica
64-75
Akher Ali, Md Ershad, Sumit Hira, Ram Pyare
Zirconia and silver oxide substituted 1393 bioactive glasses (1393Zr and 1393Zr–1Ag) were prepared by sol-gel technique and sintered at 900–1100°C. ZrO2 incorporation into the glass was on the sole purpose of mechanical performance augmentation, while Ag2O being antibacterial, their incorporation on microbial efficacy, in vitro bioactivity and cytocompatibility were assessed. The Ag2O incorporated glass showed minimal effect on bioactivity of the parent glass. Both the cytocompatibility (U2-OS cells using MTT assay) and antibacterial efficacy (by using Bacillus subtilis; and Escherichia coli) were found significantly improved in silver doped glass than the undoped one. Excellent mechanical performance was also observed in 1393Zr-1Ag compared to the both pure 1393 glass and 1393Zr. Thus, Ag2O incorporation into 1393Zr not only introduced the bactericidal efficacy, but also enhanced the mechanical properties of the glass, while leaving bioactivity unharmed. Thus the Ag2O incorporated 1393Zr seems a potential biomaterial for bone tissue engineering application.
Key words:Glass ceramics 1393 bio-glass Sol-gel Cytocompatibility Cell culture Antibacterial activity
Evaluación de citocompatibilidad mecanoquímica e in vitro de vidrios bioactivos 1393 sustituidos con plata modificada con zirconia
Se prepararon vidrios bioactivos 1393 sustituidos con óxido de plata y circonia (1393Zr y 1393Zr-1Ag) mediante la técnica sol-gel y se sinterizaron a 900-1100°C. La incorporación de ZrO2 en el vidrio tenía el único propósito de aumentar el rendimiento mecánico, mientras que Ag2O era antibacteriano, se evaluó su incorporación en la eficacia microbiana, la bioactividad in vitro y la citocompatibilidad. El vidrio incorporado Ag2O mostró un efecto mínimo sobre la bioactividad del vidrio original. Tanto la citocompatibilidad (células U2-OS usando el ensayo MTT) como la eficacia antibacteriana (usando B. subtilis y E. coli) se encontraron significativamente mejoradas en el vidrio dopado con plata que en el no dopado. También se observó un excelente rendimiento mecánico en 1393Zr-1Ag en comparación con el vidrio 1393 puro y el 1393Zr. Por lo tanto, la incorporación de Ag2O en 1393Zr no solo introdujo la eficacia bactericida, sino que también mejoró las propiedades mecánicas del vidrio, dejando intacta la bioactividad. Por lo tanto, el Ag2O incorporado 1393Zr parece un biomaterial potencial para la aplicación de ingeniería de tejido óseo.
Palabras clave:
Cerámica de vidrio 1393 bio-vidrio Sol-gel Citocompatibilidad Cultivo celular Actividad antibacterial
76-81
Yinusa Daniel Lamidi, Seun Samuel Owoeye, Segun Michael Abegunde
In this present study, synthetic tobermorites are prepared using bio-waste (snail shell) and municipal waste (container glasses) as lime and silica precursors respectively. Six batch compositions were formulated with varying combination of soda-lime glass and snail shell ash. The bodies were sintered at 950°C for a holding period of 2h in an electric muffle furnace. Analyses such as scanning electron microscopy (SEM/EDS), Fourier Transform Infra-red Spectroscopy (FT-IR), X-ray diffractometry (XRD) were used to assess the microstructure, functional groups and the phase composition of the prepared tobermorites respectively. The results of the morphology shows that the tobermorites possess irregular but spherical shaped grain with coated water films while the EDS shows the presence of Ca and Si with small amount of Al confirming tobermorite. The FT-IR indicates Ca–O–Si and Si–O–Si as main functional groups while the phase composition investigated by XRD indicate low intensity peaks of calcium silicate (CaSiO3).
Key words:Tobermorites Snail shell ash Soda-lime glass Solid state reaction
Preparación y caracterización de tobermorita sintética (CaO-Al2O3-SiO2-H2O) utilizando residuos sólidos biológicos y municipales como precursores por reacción en estado sólido
En este estudio, las tobermoritas sintéticas se preparan utilizando biorresiduos (caparazón de caracol) y residuos municipales (vasos de contenedores) como precursores de cal y sílice, respectivamente. Se formularon seis composiciones discontinuas con una combinación variable de vidrio de cal sodada y ceniza de concha de caracol. Los cuerpos se sinterizaron a 950°C durante un período de retención de 2 h en un horno de mufla eléctrico. Se utilizaron análisis como microscopía electrónica de barrido (SEM/EDS), espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR), difractometría de rayos X (XRD) para evaluar la microestructura, los grupos funcionales y la composición de fase de las tobermoritas preparadas, respectivamente. Los resultados de la morfología muestran que las tobermoritas poseen un grano irregular pero esférico con películas de agua recubiertas, mientras que el EDS muestra la presencia de Ca y Si con una pequeña cantidad de Al que confirma la tobermorita. El FT-IR indica Ca-O-Si y Si-O-Si como grupos funcionales principales, mientras que la composición de fase investigada por XRD indica picos de baja intensidad de silicato de calcio (CaSiO3).
Palabras clave:
Tobermoritas Ceniza de concha de caracol Vidrio de soda-lima Reacción en estado sólido
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