Spis treści
Krzywa wypału ceramiki a przebieg procesu wypału
Przebieg wypału ceramiki jest jednym z krytycznych czynników decydujących o właściwościach i wyglądzie tego co finalnie nazywamy wyrobem ceramicznym. Niezależnie od tego czy jest to przedmiot mający wyłącznie walory artystyczne, artystyczno-użytkowe czy choćby tylko, jakże banalne funkcje muszli klozetowej efekt pracy ceramika musi w efekcie wypału osiągnąć określome, założone parametry fizyko-chemiczne.
W trakcie procesu wypału ceramiki zachodzi ogromna liczba różnych przemian, których nie da rady wymienić w poniższym artykule. Co więcej niektóre z nich pozostają nie do końca zbadane pomimo, iż ceramika może poszczycić przeogromną historią. Dokładne opisanie przebiegu procesu wypału ceramiki w tym miejscu nie jest możliwe również ze względu na fakt, iż wypałowi poddawane są w różnych wypadkach przedmioty o wielu różniących się właściwościach fizyko-chemicznych.
Proces wypału ceramiki – wariant skrócony
Po stworzeniu wyrobu ceramicznego suszymy go. Następnie przedmiot jest jednokrotnie lub wielokrotnie zdobiony i/lub szkliwiony. Po ponownym wyschnięciu produkt umieszczamy w piecu ceramicznym. Włączamy odpowiedni program sterownika pieca i wypalamy. Czekamy aż piec wystygnie i voila..! Mamy upragniony produkt. Prawda, że ceramika jest prosta? W zasadzie można by na tym poprzestać ale.. jest „kilka szczegółów….
Co to w ogóle jest wypał ceramiki?
W zasadzie proces wypału ceramiki możemy zdefiniować jako nieodwracalną przemianę substratów ceramicznych (mas i surowców ceramicznych) w ceramiczny produkt gotowy w wyniku oddziaływania odpowiednio wysokiej temperatury. Bardzo ogólne stwierdzenie, ale prawdziwe. Efekt? Jeśli odpowiednio wypaloną masę ceramiczną poddamy działaniu wody to nie ulegnie ona powtórnemu „rozpuszczenniu”.
Bardziej złożona definicja wypału ceramiki
Jest to proces składający się z wielu przemian fizyko-chemicznych zachodzących pod wpływem przyrostu temperatury. Przy czym poszcególne procesy zachodzą w różnych przedziałach temperatur. Należy uwzględnić, że niektóry procesy zachodzą niezależnie a niektóre z nich równocześnie. Warto również wiedzieć, że niektóre są częściowo odwracalne.
Czym jest krzywa wypału ceramiki?
O krzywej wypału wspominałem kiedyś w artykule krzywa wypału podstawy . Krzywa wypału to charakterystyka procesu wypału w czasie. O czym warto pamiętać, krzywa wypału ( ta prawdziwa 🙂 ) to charakterystyka zmian temperatur w czasie grzania ale również i stygnięcia pieca!!!
Po co nam krzywa wypału ceramiki?
Krzywa wypału to charakterystyka wypału ceramiki w piecu. Oznacza to wykres obrazujący zmiany temperatury wypału w czasie ( w trakcie wypału i stygnięcia ceramiki ). Najpierw pomiary przeprowadza się podczas wielu wypałów. Jeśli jakiś wypał w określonych warunkach nam dobrze wyjdzie ( będzie miał korzystną charakterystykę – krzywą wypału ). to chcemy powtórzyć pozytywny wynik danego wypału podczas wypałów kolejnych. Po to ta krzywa!!! Ona określa nam optymalne warunki. Jeśli ustawimy daną krzywą to z dużą pewnością kolejny wypał ( przy użyciu takiego samego szkliwa w tym samym piecu!!!) też będzie udany.
Jaka idea kryje się za stworzeniem i wrożeniem optymalnej krzywej wypału?
Tradycyjna ceramika opierała się ( i dalej opiera ) na zasadzie bardzo powolnego wypału i powolnego stygnięcia czerepów ceramicznych. W zasadzie czym wypał wolniejszy tym lepszy. Może z pewnymi wyjątkami ale o tym kiedy indziej. Chodzi o zapewnienie w miarę naturalnego przebiegu procesu wypału. Jednakże współczesne czasy wymuszają na nas konieczność zrobienia wszystkiego jak najszybciej. Presja czasu i obniżki kosztów zużywanej energii jest przeogromna. Procesy wypału w przemyśle ceramicznym zostały skrócone nawet do kilkudziesięciu minut! Chodzi o optymalizację szybkości i powtarzalność procesu.
Z jakimi zjawiskami mamy do czynienia podczas wypału?
Nie sposób wymienić wszystkie ponieważ jak pisałem wcześniej wypałowi poddawane są w różnych wypadkach przedmioty o wielu różniących się właściwościach fizyko-chemicznych.. Różne masy ceramiczne, różne szkliwa, różne dodatki to za każdym razem nowa sytuacja podczas wypału. Oczywiście często jest tak, że wiele podobnych materiałów zachowuje się podobnie. Ale… nie zawsze i …coraz częściej będziemy mieli do czynienia ze zmianami składu nawet szkliw mających tę samą nazwę.! Producenci tną koszty! Czasem skład surowców się zmienia. I często konieczna będzie niestety korekta krzywej wypału aby osiągnąć efekt podobny od założonego. I trzeba będzie wiedzieć kiedy, dlaczego i jak to zrobić.
Zjawiska występujące zawsze podczas wypału
Ogólnie o zjawiskach występujących podczas wypału pisałem już kilka lat temu w artykule Biskwit jak i dlaczego . Są to niezależnie czy wypalamy na biskwit czy poszkliwiony już biskwit czy tylko zdobienia
– faza suszenia
– faza odparowania wody chemicznie związanej
– przemiany kwarcowe (inwersja krystobalitu, inwersja kwarcu )
– wypalanie zanieczyszczeń ( czy to mas czy szkliw czy farb )
– powstawanie gazów w efekcie wypału
– zmiany fizyczne struktury wyrobu ( odkształcanie, rozszerzanie, kurczenie )
Wracamy do podstaw - krzywa wypału ceramiki
Chwila, chwila… Aby dokładnie opisać przebieg procesu wypału ceamiki i stworzyć naszą krzywą wypału musimy na razie się na chwilę cofnąć. Musimy ponownie zadać sobie pytanie po co to należało by to zrobić. Jak wspomnieliśmy chcielibyśmy osiągnąć taki przebieg procesu aby zagwarantował nam dobry rezultat teraz i możliwość jego powtórzenia w przyszłości.
Co dla nas oznacza dobry rezultat?
Dobry rezultat to może być:
– osiągnięcie oczekiwanych, optymalnych właściwości wyrobu
– brak defektów spowodowanych wypałem
– jak najbardziej ekonomiczny przebieg procesu wypału ceramiki
Może to być jeden z wymienionych rezultatów, kilka lub wszystkie łącznie. Oczywiście mogą być jeszcze inne kryteria. Wszystko zależy od nas.
Jakie parametry określają optymalne właściwości wyrobu?
Wszystko oczywiście zależy od naszych potrzeb i oczekiwań. Jednak te musimy jakoś określić. Jakie więc cechy mogą służyć określeniu parametrów? Czy wystarczy nam tylko, że wyrób będzie „ładny”? Jak zwykle jest wiele parametrów. Niektóre są dla nas krytyczne inne mniej ważne. Oczywiście parametrów jest więcej ale to my je określamy i określamy ch wagi. Pewnie do tych krytycznych należałoby zaliczyć:
– wygląd powierzchni ( zgodność barwy i koloru, gładkość, równomierność powierzchni, stopień przezroczystości szkliwa itp.)
– zachowanie kształtu ( ceramika podczas wypałów kurczy się i ważne aby skurcz był proporcjonalny itd.)
– oddziaływanie z płynami w tym z wodą ( chłonność, nasiąkliwość, porowatość)
– wytrzymałość mechaniczna produktu ( twardość, odporność na zarysowania, na ścieranie powierzchni)
– odporność na oddziaływanie chemiczne ( kwasy, zasady )
Jakie defekty mogą nam się przydażyć podczas wypału?
Wybaczcie ale jest ich tyle, że zapewne zostanie im poświęcona osobna seria artykułów. To temat rzeka. Warto jednak nadmienić, że wszystkie one mają swoją genezę w procesie wypału, w tym w nieumiejętnym dostosowaniu parametrów wypału do składu masy, szkliwa, farb dodatków. Choćby problem bąblowania szkliwa. To klasyczny problem wydobywanie się gazów i dostosowanie płynności i lepkości szkliwa oraz temperatury, przyrostu temperatury i czasu przetrzymania w pewnym zakresie temperatur.
Jaki jest najbardziej ekonomiczny przebieg procesu wypału ceramiki?
Chciałoby się powiedzieć im krócej tym lepiej. Im niższa temperatura tym lepiej. Im mniej dostarczonej energii tym lepiej. Im mniej niezbędnych ( drogich) dodatków tym lepiej…. Ale co stanie się jeśli w tym dążeniu do obniżenia kosztów zniszczymy wyroby w piecu lub nawet sam piec? Ma być optymalnie. A jak to jest? To musimy określić krzywą wypału.
Krzywa wypału ceramiki - co dalej?
W zasadzie krzywa wypału pozwala nam na zmniejszenie negatywnych efektów zjawisk fizyko-chemicznych w trakcie wypału. Jest kilka punktów nazywanych milestones ( ang. kamieniami milowymi) choć w tłumaczeniu kontekstu należałoby nazwać je punktami lub przedziałami krytycznymi wypału. Wszystko zależy od składu masy ceramicznej, użytych szkliw, barwników, modyfikatorów. Do takich należą np. super ciekawe przemiany kwarcowe.
I wiecie co? Chciało by się napisać o znaczeniu przemian polimorficznych tlenku krzemu o skutkach ich odwracalności. Opisać to tak, żeby można było prosto zrozumieć zagrożenia związane z szybkim nagrzewaniem i chłodzeniem w temperaturach 180-250 C i znaczeniu punktu przemiany kwarcowej 573 C. I wytłumaczyć dlaczego lepiej nie otwierać pieca do momentu aż wystygnie poniżej jakiejś temperatury. I jaka to temperatura. I dlaczego taka. I z czego to wynika. A… i jeszcze chciałoby się wyjaśnić, że krzywa wypału zadana ( to co ustawiamy) czasem znacznie się różni od krzywej wypału wynikowej ( to jest tej zarejestrowanej podczas wypału) … i kiedy i dlaczego tak się dzieje….i co to może oznaczać… i co to może powodować…. Choć przecież podobno to bez znaczenia i wszyscy o tym wiedzą. Ale…
Heureka!!!
Ceramika powinna być prosta. Jak droga z domu do pracy lub z powrotem. Chyba, że ktoś pracuje w domu. To jeszcze lepiej. Skręcanie lub omijanie zagrożeń to głupota. Lepiej poczekać aż problem się sam rozwiąże lub rozwiążą go inni. Zawsze można postać w korku. Nie trzeba się uczyć jeździć samochodem jak jest ślisko. Po śniegu, po lodzie. W zimie można zostawić samochód w domu. Zresztą zawsze można wziąć taksówkę lub pojechać z kimś kto nas zawiezie. W zasadzie nawet nie trzeba wiedzieć, czy samochód się psuje. Wystarczy wezwać pomoc drogową lub oddać do mechanika. Ale za to jak już jest lato, pusta autostrada to dopiero pokazać jakim się jest mistrzem kierownicy. No i samochód musi być odpowiednio ładny… Taka tam głupia analogia.
Wnioski
Krzywa wypału ceramiki? Większość ceramików potrzebuje prostej porady dotyczącej ustawienia krzywej wypału. Wróć ustawień pieca. Najlepiej żeby ktoś to za nich zrobił. Najlepiej raz na zawsze. Generalnie nie ma znaczenia jak to jest ustawione i po co. Ma być dobrze. Rodzaje mas plastycznych i zrozumienie ich specyfiki? To też nie ma znaczenia. Mają być dobre. Najlepiej takie jak u innych. Tych co to im wychodzi. A szkliwa? W zasadzie ze szkliwami jest tak samo. Mają być ładne, nie rozlewać się, nie pękać, nie bąblować… Jak nie… to się je zmieni. Podam Wam gotowe zapisy krzywych wypału. Takich jak ja używam. Nie mówię, że są dla wszystkich najlepsze. O resztę pytajcie znajomych…. Zbyt głęboka wiedza nie ma sensu…. Przynajmniej tak mi się ostatnio „obiło o uszy”…
