Spis treści

Reguły Segera - paskudna sprawa

Jak zapewne pamiętacie wspominałem o człowieku, który nazywał się Hermann August Seger. Ten, patrząc z dzisiejszej perspektywy, dziwny człowiek zaczął pasjonować się ceramiką. Pomimo to, że w ówczesnych czasach konkurencja była żadna to po skończeniu nauki podstaw nie otworzył własnej manufaktury, nie zaczął prowadzić pracowni i nie rozpoczął nauki adeptów ceramiki. Zdecydował, że jeszcze cały czas wie dość niewiele i postanowił wykonywać swoje badania. Jego prace zaowocowały stworzeniem solidnych podstaw dla technologii ceramiki. W każdym razie jednych z najbardziej solidnych.
Najlepiej podsumował to Michael Cardew w książce Pioneer Pottery ( St Martins Press, 1969) napisał tak : „…Reguła Segera pozwala zrozumieć w ciągu kilku godzin procesy, których ewolucja w ceramice trwała tysiące lat… (..) …gra istotną rolę w poznaniu charakterystyki danego szkliwa, jego temperatury płynięcia, temperatury wypału, lepkości, koloru, właściwości powierzchni szkliwa i jego odporności na zarysowania”.

Jak to się stało?

Zacznijmy od początku. W nauce występują dwa podstawowe rodzaje wnioskowania ( poznania). Jeden nazywa się dziwnie A priori – co oznacza po polsku „ założenia. ( – to metoda oparta na poznaniu z pomocą rozumu nie skażonego doświadczeniem ( wiem brzmi dziwnie) Na bazie tej teorii rozwinęła się filozofia, matematyka… Jest to tzw. metoda analityczna. Druga metoda nazywa się jeszcze dziwniej. To metoda A posteriori – wnioskowanie wtórne, wnioskowanie z następstw. (  Jest to synonim nauk empirycznych – opartych na doświadczeniu. Dlaczego o tym wspominam? Ponieważ tą drugą metodą posługiwał się Seger. To lata eksperymentów i tysiące prób i błędów. Lata porażek ale i sukces w końcu..

Metale a niemetale

Wiem. Idziemy na około ale to się moim zdaniem opłaci. Zapewne pamiętacie albo nawet już nie, że w okolicach siódmej klasy szkoły podstawowej uczono nas, że są metale i niemetale. Dobrze to sobie przypomnieć bo to teraz ( w ceramice) może się przydać. Tu ściągawka dla naszych dzieci lub wnuków: Metale i niemetale 

Nazwy metali, które warto by znać to:

Sód – Na, Potas – K, wapń – Ca, Żelazo – Fe, Nikiel – Ni, Miedź – Cu, Srebro – Ag, Złoto – Au, Rtęć – Hg, Ołów – Pb, Cyna -Sn, Cynk – Zn, Glin ( aluminium) – Al, Bar – Ba, Bor – B ( półmetal)

Nazwy niemetali, które warto by znać to:

Węgiel – C, Krzem – (półmetal) – Si, Azot – N, Tlen – O, Siarka – S, Wodór – H, Chlor – Cl, Flour – F, Brom – Br, Argon – Ar, Neon – Ne, Hel – He

Półmetale

o półmetalach (metaloidach) można poczytać tutaj ( półmetale )

Krótkie podsumowanie

By tak sobie szybko podsumować
1/ metale tworzą tlenki metali, które potem znamy jako składniki w ceramice ( ale nie tylko tlenki!)
2/ metale łączą się z niemetalami np. miedż – metal z tlenem – niemetalem w tlenki miedzi
3/ …ale niemetale łączą się też z półmetalami np. tlenek krzemu, tlenek boru i niemetalami tlenek węgla.
Nawet nie trzeba wiedzieć co to są te półmetale ale warto wiedzieć, że są!.

Podział tlenków według Segera

Nikt nie mówił, że będzie łatwo ale dobrze to wiedzieć. W zasadzie zrozumienie tego fragmentu to zrozumienie wzoru Segera!!! Pewnie nie koniecznie trzeba to pamiętać ale zawsze móc sobie sprawdzić. Otóż Seger podzielił tlenki na trzy grupy. Kryterium podziału była podstawowa funkcja jaką te tlenki pełnią w szkliwach. Ponieważ ten sam tlenek w różnych warunkach może pełnić różne funkcje. Ale nie zaciemniajmy obrazu. Najważniejsza jest funkcja podstawowa!!!

Trzy grupy tlenków

Pierwsza grupa we wzorze Segera to tlenki jedno i dwu wartościowe (zasadowe)– ( Spokojnie ! Zaraz się wyjaśni o co chodzi!!!).

Druga grupa to tlenki pierwiastków trójwartościowych. ( amfoteryczne )

Trzecia grupa to grupa pierwiastków cztero i pięciowartościowych (kwasowe)

Proponuję małą przerwę

Tu proponuję na chwilę przerwać, zrobić sobie herbatę, kawę lub soczek. Można zjeść ciasteczko, wyprowadzić psa na spacer, pogłaskać kota lub porozmawiać z kanarkiem lub papugą. Generalnie pełny relaks. Głowa musi odpocząć i nie trzeba się przerażać. Zaraz będzie wyjaśnienie.

Reguły Segera - ogólnie

Specjalnie przywołałem wiedzę z lat szkolnych. Ze szkoły podstawowej dotyczącej metali. Otóż gdy wiemy co jest metalem i jaki jest jego symbol chemiczny to teraz ten metal możemy sobie tak dla ułatwienia oznaczyć literą R. Każdy metal. To będzie taka zabawa.

Grupa pierwsza - tlenki zasadowe

pełnią głównie rolę topników:

RO + R2O – tlenki dwu i jedno wartościowe np. CaO (RO), K2O (R2O), Na2O (R2O)

Grupa druga - tlenki amfoteryczne

o zmiennych właściwościach – głównie stabilizatory szkliwa:

R2O3 – tlenki pierwiastków trójwartościowych np. B2O3 Al2O3

Grupa trzecia – tlenki kwasowe

składniki sieciotwórcze szkliwa:

RO2 – Pierwiastki cztero lub pięciowartościowe np. SiO2 (RO2), SnO2 (RO2), Sb2O5 -pięciowartościowy

Ułatwienia:

Na szczęście w grupie drugiej występuje głównie tlenek glinu ( aluminium) Al2O3 ewentualnie tlenek boru B2O3 a w grupie trzeciej najczęściej tlenek krzemu SiO2 – co bardzo ułatwia obliczenia. W grupie pierwszej suma molowa tlenków jedno i dwu wartościowych powinna wynosić 1! ( tzn. jeśli mamy 0,4 mola RO to musimy mieć 0,6 mola R2O) – po to były te mole w poprzednim artykule!

Reguły Segera - postać ogólna wzoru

 

RO+R2O —- AxR2O3 —- BxRo2 – gdzie A i B to współczynniki proporcji

i tak dla szkliw niskotopliwych proporcja wynosi:

RO+R2O —- ( od 0,05 do 0,3)Al2O3 —- ( od 1.0 do 3,0)SiO2

dla szkliw średnio-topliwych proporcja wynosi:

RO+R2O —- ( od 0,8 do 1,0)Al2O3 —- ( od 2,0 do 3,0)SiO2

lub w przypadku dodatków boru

RO+R2O —- ( od 0,4 do 0,6)Al2O3 —- ( od 3,0 do 4,5)SiO2

( od 0,2 do 0,5)B2O5

dla szkliw trudnotopliwych proporcje wynoszą

RO+R2O —- ( od 0,4 do 0,8)Al2O3 —- ( od 3,0 do 8,5)SiO2

lub w przypadku dodatków boru

RO+R2O —- ( od 0,8 do 1,6)Al2O3 —- ( od 6,0 do 14,0)SiO2

( od 0,2 do 0,8)B2O5

Wzory graniczne

Dodatkowo należy pamiętać, że w praktyce przyjmuje się, iż dodatki barwiące w postaci tlenków nie są uwzględniane w podstawowym wzorze Segera ale podawane są jako procentowe udziały w masie szkliwa bazowego! Podstawowy wzór dotyczy tylko bazy!

Należy też wiedzieć, że istnieje coś takiego jak wzory graniczne. I tych wzorów są olbrzymie ilości. Wszystko dostępne jest w literaturze fachowej.

O co chodzi w tych wzorach granicznych?

Mianowicie wzory ogólne odnoszą się do proporcji drugiej i trzeciej grupy podziałowej Segera. W tych wzorach zakłada się, że suma molowa pierwszej grupy wynosi 1! . Niestety na ten jeden mol składa się kilka substancji, których udziały w grupie też są określone pewnymi parametrami.

Aby zobrazować zagadnienie. Jeśli chcielibyśmy złożyć przykładowe szkliwo bazowe dla zakresu temperatur np. 1050 – 1220 C

to jego skład powinien znajdować się w następujących granicach ( stąd wzory graniczne ):

Grupa pierwsza – zasadowe

( topniki)

0,0 – 0,7 Na2O – sodu

0,0 – 0,6 K2O – potasu

0,0 – 0,3 Li2O – litu

0,1 – 0,5 CaO – wapnia

0,0 – 0,1 MgO – magnezu

0,0 – 0,1 ZnO – cynku

0,0 – 0,1 BaO – baru

Grupa druga tlenki amfoteryczne

( stabilizatory)

( od 0,15 do 0,6)Al2O3 – glinu ( aluminium)

 ( od 0,3 do 1,6)B2O5 – boru

Grupa trzecia tlenki kwasowe

( sieciujące – szkłotwórcze)

( od 1,5 do 4,5)SiO2 – krzemu

Uwaga!!! – wszystkie proporcje to proporcje molowe!!!

I co to oznacza? Oznacza to, że udział wymienionych w grupie pierwszej tlenków nie może być w poszczególnych przypadkach większy niż podany. To nie oznacza, że wszystkie te składniki muszą się w szkliwie znaleźć ale, że jeśli już się znajdą to nie mogą przekroczyć proporcji.

Reguły Segera - a po co to wszystko?

A co się stanie jeśli proporcje będą inne? Właśnie tego nie można określić i dane szkliwo będzie zachowywać się nietypowo. Oznacza to, że ciężko będzie powtórzyć rezultat przy kolejnym szkliwieniu mimo podobnej receptury.

Po co to liczyć?

To pytanie ma wiele dobrych odpowiedzi. Głównie po to żeby nie tworzyć szkliw na chybił trafił. Do takich baz szkliwnych dodaje się substancje barwiące i szkliwa te muszą być powtarzalne i stabilne. Oczywiście w warunkach mini pracowni można sobie zrobić jakiś eksperyment. Zawsze coś się uda albo nie. Jednak jeśli chodzi nam o powtarzalność koloru, barwy, struktury, efektu to niestety jesteśmy na to skazani. Niestety nawet w sklepie ceramicznym coraz częściej to samo szkliwo w identycznych warunkach wypału daje dramatycznie różne efekty. Jeśli chcemy zrobić cokolwiek to wyjdzie nam cokolwiek. Niestety jeśli chcemy coś zrobić dobrze musimy wiedzieć jak to zrobić.

Dobra wiadomość na koniec

W obecnych czasach nie trzeba tego liczyć samodzielnie ponieważ służy do tego odpowiednie oprogramowanie. Jak ktoś potrafi można napisać je nawet w solverze excela. Jednak podstawowa zasada brzmi garbage in garbage out. Załadujesz śmieci dostaniesz śmieci. Warto wiedzieć co gdzie i dlaczego wpisać i co oznacza wynik wyliczeń.

Ciąg dalszy nastąpi albo i nie.. w każdym razie chętnych zapraszam na podstawowe szkolenie.

Czy artykuł jest zrozumiały?