Reactivity of chromium-based pigments in a porcelain glaze

Louisiane Verger; Olivier Dargaud; Gwenaëlle Rousse; Laurent Cormier

doi:10.1016/j.crhy.2018.09.008

Reactivity of chromium-based pigments in a porcelain glaze
[La réactivité des pigments composés de chrome dans un décor de porcelaine]

Louisiane Verger ^1,² ; Olivier Dargaud ² ; Gwenaëlle Rousse ^3,⁴ ; Laurent Cormier ¹

¹ Sorbonne Université, CNRS, MNHN, IRD, Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie (IMPMC), 4, place Jussieu, 75005 Paris, France
² Cité de la céramique – Sèvres et Limoges, 2, place de la Manufacture, 92310 Sèvres, France
³ Collège de France, Chimie du solide et de l'énergie, UMR 8260, 11, place Marcelin-Berthelot, 75231 Paris cedex 05, France
⁴ Sorbonne Université, 4, place Jussieu, 75005 Paris, France

Comptes Rendus. Physique, Volume 19 (2018) no. 7, pp. 589-598.

Résumé
Abstract

Divers pigments composés de chrome et synthétisés à la Manufacture de Sèvres sont étudiés dans cet article pour comprendre l'origine de la couleur des décors de porcelaine. La microscopie électronique couplée à la diffraction des rayons X permet de déterminer la microstructure et la composition des phases cristallines présentes après la cuisson du décor. Des mesures d'absorption des rayons X spatialement résolues révèlent des changements subtils de l'environnement du chrome, dans le grain de pigment et à l'interface pigment/verre. Les résultats montrent un mécanisme commun et systématique de réactivité des pigments au cours de la cuisson du décor de porcelaine : (i) enrichissement des cristaux en chrome, contrôlant la couleur finale du décor, (ii) migration spécifique de certains éléments tels que Al et Zn du grain de pigment vers la partie amorphe du décor et (iii) cristallisation d'anorthite à proximité des grains de pigment altérés.

Compléments :
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This paper presents a comprehensive investigation at the microscopic scale of various pigments composed of chromium from the French ‘Manufacture de Sèvres’ to establish the origin of color in glazes. Electron microscopy coupled with X-ray diffraction allows the determination of the microstructure and composition of the crystalline phases after firing. X-ray absorption spectroscopy reveals subtle changes in the medium-range ordering around Cr with high spatial resolution, in the pigment grain or at the pigment/glass interface. Principal results indicate systematic and common changes whatever the pigment types: (i) Cr-enrichment for the final crystals, that controls the coloration of the glaze, (ii) migration of specific elements such as Al or Zn from the pigments to the amorphous part of the glaze, and (iii) crystallization of anorthite in the near proximity of the altered Cr-bearing crystalline pigments.

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Publié le : 2018-10-23

DOI : 10.1016/j.crhy.2018.09.008

Keywords: Chrome glaze, Manufacture of Sèvres, Glaze firing reactivity
Mot clés : Émail au chrome, Sèvres Manufacture, Reactivité des émaux à haute température

Affiliations des auteurs :

Louisiane Verger ^{1, 2} ; Olivier Dargaud ² ; Gwenaëlle Rousse ^{3, 4} ; Laurent Cormier ¹

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Louisiane Verger; Olivier Dargaud; Gwenaëlle Rousse; Laurent Cormier. Reactivity of chromium-based pigments in a porcelain glaze. Comptes Rendus. Physique, Volume 19 (2018) no. 7, pp. 589-598. doi : 10.1016/j.crhy.2018.09.008. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2018.09.008/

Bibliographie
Cité par

[1] A. D'Albis Traité de la porcelaine de Sèvres, Éditions Faton, Dijon, France, 2003

[2] T. Préaud; D.E. Ostergard The Sèvres Porcelain Manufactory: Alexandre Brongniart and the Triumph of Art and Industry, 1800–1847, Yale University Press, 1997

[3] N.L. Vauquelin Mémoire sur la découverte d'un nouveau métal à l'état d'acide et d'oxide dans le plomb rouge de Sibérie, le rubis et l'émeraude, et d'une nouvelle terre dans l'émeraude et le béril, Journal de la Société des Pharmaciens de Paris ou recueil d'observations de chimie et de pharmacie, publié pendant les années VI, VII et VIII de la République par les citoyens Fourcroy, Vauquelin, Parmentier, Déyeux et Bouillon–Lagrange, 1797 (pp. 126, 174–176)

[4] M. Spiesser; E. Fritsch Découverte du chrome et du béryllium dans l'émeraude par Louis-Nicolas Vauquelin, 200^e anniversaire, L'Émeraude, IRD Editions, 1998, pp. 43-46

[5] A. Brongniart Préparation chimique des couleurs vitrifiables et des métaux, Traité des arts céramiques ou des poteries : considérées dans leur histoire, leur pratique et leur théorie, vol. 2, Béchet jeune, 1854, pp. 514-582

[6] J.J. Ebelmen Sur une nouvelle méthode pour obtenir des combinaisons cristallisées par la voie sèche, et sur ses applications à la reproduction des espèces minérales, Chimie, Céramique, Géologie, Métallurgie, 1861, pp. 125-225

[7] A.L. Salvétat Leçons de Céramique, tomes 1 et 2, 1857

[8] L. Verger et al. Synthesis, properties and uses of chromium-based pigments from the Manufacture de Sèvres, J. Cult. Herit., Volume 30 (2018), pp. 26-33

[9] E. Ozel; S. Turan Production and characterisation of iron-chromium pigments and their interactions with transparent glazes, J. Eur. Ceram. Soc., Volume 23 (2003), pp. 2097-2104

[10] H. Yurdakul; S. Turan; E. Ozel The mechanism for the colour change of iron chromium black pigments in glazes through transmission electron microscopy techniques, Dyes Pigments, Volume 91 (2011), pp. 126-133

[11] L. Verger; O. Dargaud; G. Rousse; M. Cotte; L. Cormier The stability of gahnite doped with chromium pigments in glazes from the French manufacture of Sèvres, J. Am. Ceram. Soc., Volume 100 (2017), pp. 86-95

[12] L. Verger; O. Dargaud; N. Menguy; D. Troadec; L. Cormier Interaction between Cr-bearing pigments and transparent glaze: a transmission electron microscopy study, J. Non-Cryst. Solids, Volume 459 (2017), pp. 184-191

[13] L. Verger et al. Spectroscopic properties of Cr³⁺ in the spinel solid solution ZnAl_2−xCr_xO₄, Phys. Chem. Miner., Volume 43 (2016), pp. 33-42

[14] S.R. Prim et al. Pink ceramic pigments based on chromium doped M(Al_2−xCr_x)O₄, M = Mg, Zn, normal spinel, Ceram. Int., Volume 39 (2013), pp. 6981-6989

[15] H.S.C. O'Neill; A. Navrotsky Cation distributions and thermodynamic properties of binary spinel solid solutions, Am. Mineral., Volume 69 (1984), pp. 733-753

[16] U. Halenius; G.B. Andreozzi; H. Skogby Structural relaxation around Cr³⁺ and the red–green color change in the spinel (sensu stricto)–magnesiochromite (MgAl₂O₄–MgCr₂O₄) and gahnite–zincochromite (ZnAl₂O₄–ZnCr₂O₄) solid-solution series, Am. Mineral., Volume 95 (2010), pp. 456-462

[17] C.J. Ballhausen; A.D. Liehr Intensities in inorganic complexes: Part II. Tetrahedral complexes, J. Mol. Spectrosc., Volume 2 (1958), pp. 342-360

[18] M. Hunault; J.-L. Robert; M. Newville; L. Galoisy; G. Calas Spectroscopic properties of five-coordinated Co²⁺ in phosphates, Spectrochim. Acta, Part A, Mol. Biomol. Spectrosc., Volume 117 (2014), pp. 406-412

[19] L. Verger et al. Spectroscopic properties of Cr³⁺ in the spinel solid solution ZnAl_2−xCr_xO₄, Phys. Chem. Miner., Volume 43 (2015), pp. 33-42

[20] E.M. Levin; C.R. Robbins; H.F. McMurdie Phase Diagrams for Ceramists, The American Ceramic Society, 1964

[21] P. Richet; M. Roskosz; J. Roux Glass formation in silicates: insights from composition, Chem. Geol., Volume 225 (2006), pp. 388-401

[22] A. Juhin; G. Calas; D. Cabaret; L. Galoisy; J.-L. Hazemann Structural relaxation around substitutional Cr³⁺ in MgAl₂O₄, Phys. Rev. B, Volume 76 (2007)

[23] V. D'Ippolito; G.B. Andreozzi; F. Bosi; U. Halenius Blue spinel crystals in the MgAl₂O₄–CoAl₂O₄ series: Part I. Flux growth and chemical characterization, Am. Mineral., Volume 97 (2012), pp. 1828-1833

[24] M. Hunault Rôle des éléments de transition (Co, Cu) dans la coloration des verres : application aux vitraux du moyen âge, Université Pierre-et-Marie-Curie – Paris-6, 2014 (PhD Thesis)

[25] R.C. Kerr Convective crystal dissolution, Contrib. Mineral. Petrol., Volume 121 (1995), pp. 237-246

[26] Y. Liang Kinetics of crystal-melt reaction in partially molten silicates: 1. Grain scale processes, Geochem. Geophys. Geosyst., Volume 4 (2003), p. 1045

[27] Y. Liang Dissolution in molten silicates: effect of solid solution, Geochim. Cosmochim. Acta, Volume 64 (2000), pp. 1617-1627

[28] D.J. DePaolo Trace element and isotopic effects of combined wallrock assimilation and fractional crystallization, Earth Planet. Sci. Lett., Volume 53 (1981), pp. 189-202

[29] M. Martos; M. Martínez; E. Cordoncillo; P. Escribano Towards more ecological ceramic pigments: study of the influence of glass composition on the colour stability of a pink chromium-doped ceramic pigment, J. Eur. Ceram. Soc., Volume 27 (2007), pp. 4561-4567

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