Spis treści
Tlenek w ceramice cd.
Każdy, kto choć trochę głębiej zainteresowany jest ceramiką zapewne w którymś momencie zechce dowiedzieć się trochę więcej o chemicznych podstawach technologii ceramicznej. Nie chodzi tu wszak o prowadzenie badań lub analiz chemicznych ale podstawową wiedzę z zakresu co, jak i dlaczego. Ten artykuł należy traktować jako wprowadzenie do dalszych poszukiwań, bądź po prostu zrozumienia tego co czyta się w profesjonalnych publikacjach z zakresu technologii.
Zamiast wstępu
Dlaczego ta wiedza może być przydatna? Otóż, gdy bierzemy do rąk kawałek gliny aby nadać jej kształt wyrobu prawie nigdy nie myślimy o niej jako o substancji chemicznej mającej wzór chemiczny Al2O3*2SiO2*2H2O + domieszki – bo i po co? Pierwsza potrzeba może pojawić się gdy chcemy glinę odpowiednio zabarwić lub wypalić w odpowiedniej temperaturze. Ale zaraz! Jest prostsza metoda. Można pójść do sklepu i kupić co się chce, ale… Powiedzmy potrzeba chwilowo zniknęła. Teraz już mamy wyrób. Wypalamy. Mamy piękny biskwit! Chcemy go teraz jakoś upiększyć! Oczywiście znów jest na to prosty sposób! Idziemy do sklepu i kupujemy ( farby naszkliwne, podszkliwne, angoby, szkliwo etc. ) (Z)Czasem jednak chcemy mieć coś innego niż wszyscy, którzy kupują w „naszym” sklepie 🙂 ! Tu może wystąpić pierwsza potrzeba aby wiedzieć coś więcej – aby spróbować coś zrobić samemu lub choćby wiedzieć o co pytać i trochę zrozumieć co nam odpowiadają. …..no i jeszcze jak coś nam uporczywie nie wychodzi podczas szkliwienia i wypału to też chcielibyśmy wiedzieć dlaczego 🙂 ! ( …ale to już w innej bajce… )
Często na forach ceramicznych pada pytanie jak pracować z „tlenkami”. Jaki tlenek w ceramice użyć Odpowiedź jest prosta. Biorąc do ręki kawałek gliny już pracujemy z tlenkami 🙂 . Wszak glina to mieszanina uwodnionego tlenku glinu i tlenku krzemu. Choć w przypadku różnych rodzajów gliny w różnych proporcjach z innymi substancjami chemicznymi. To trochę taka konstatacja jak w przypadku człowieka, który na starość dowiaduje się, że całe swoje życie mówił prozą. Aby tego uniknąć… kilka skrótowych informacji załączam…
Tlenki podstawowe:
Tlenek krzemu SiO2, zwany niekiedy krzemionką jest podstawowym składnikiem w ceramice. Występuje oczywiście jako podstawowy składnik gliny ale stanowi często również podstawowy składnik szkliw ( 40-80% wagowo). Czasami nazywany jest w ceramice „bazą szkliwną” ze względu na fakt, iż jest odpowiedzialny za tworzenie powłoki szkliwa. W zasadzie w formie szkliwa zwykle nie jest toksyczny ale w stanie pyłu, proszku ( szkliwa ) jest niezwykle szkodliwy powodując nieodwracalne uszkodzenia układu oddechowego człowieka. Tlenek krzemu posiada śladowe zdolności tworzenia koloru. Jest raczej substancją odpowiedzialną za tworzenie efektu matowienia. Dość istotnym czynnikiem, ważnym w procesie tworzenia szkliwa jest granulacja ( w sensie rozdrobnienia a w zasadzie wielkości ziaren czyli uziarnienia ). W tym miejscu zatrzymam się na chwilę aby wyjaśnić pewien parametr , który jest niezwykle przydatny w ceramice. Pojęcie mesh – to miara wielkości oczek sit do przesiewania materiałów. Jest również międzynarodową jednostką granulacji ( rozdrobnienia). Ważne: czym większa wartość mesh tym większe rozdrobnienie ( mniejsze ziarna)!
Wracając do tlenku krzemu. Ostatnio, coraz częściej, rozdrobnienie mesh cząstek krzemionki w szkliwach wynosi 325 (tj. ok 28 µm) – drobniejsze cząstki powodują, że szkliwa transparentne są bardziej przejrzyste – powoduje to jednak ich płynięcie oraz czasami efekt crawlingu ( zbiegania się w krople, tworzenie nieposzkliwionych miejsc). Granulacja wcześniej stosowana mesh 200 (tj. ok 80 µm) powodowała, że szkliwa były bardziej stabilne ale bardziej matowe. To poniekąd stanowi odpowiedź na często zadawane pytanie: „dlaczego to szkliwo transparentne jest takie matowe?” – odpowiedź jest często trywialna. Producent miał reklamacje związane z płynnięciem i crawlingiem i zmienił proporcje poszczególnych frakcji w szkliwie.
Tlenek krzemu ma temperaturę topnienia w okolicach 1700 oC. Należy jednak pamiętać o silnych właściwościach eutektycznych mieszanin tlenków ( obniżenie punktu topnienia mieszanin ). Sama krzemionka występuje w kilkudziesięciu odmianach. Z punktu widzenia chemicznego jest to ta sama substancja. Różna jest jednak jej struktura ( uporządkowanie wiązań chemicznych, struktura fizyczna). W ceramice mamy najczęściej do czynienia z trzema podstawowymi postaciami: w szkliwach: szkła ( cieczy przechłodzonej – bo z fizycznego punktu widzenia szkło jest płynem!!! , oczywiście żartowałem ale niektórzy tal czasem błędnie mówią ), kwarcu krystalicznego oraz krystobalitem występującym w glinie.
Tlenek krzemu odpowiada za zwiększenie twardości i wytrzymałości wypalonego wyrobu. Zapewnia również podwyższenie odporności na oddziaływanie roztworów kwaśnych.
Tlenek glinu (aluminium)
Tlenek glinu – wzór chemiczny Al2O3. Temperatura topnienia 2050 oC. Ten tlenek w ceramice stanowi bardzo istotny składnik wyrobów. Należy do grupy najbardziej ulubionych przez ludzi tlenków. Panie ( nie tylko te zajmujące się ceramiką) kochają go gdy otrzymują go w postaci szafirów lub rubinów. Masowo nakładają sobie na twarze aluminę ( składnik kremów i pudrów przeciwsłonecznych stanowiących „składnik osłonowy” tlenku tytanu ). Panowie masowo wykorzystują w postaci aluminy ( bardziej znanej pod nazwą korundu ) w tarczach i materiałach szlifierskich. Korund jest jednym z najtwardszych stabilnych materiałów ściernych! Tlenek glinu w postaci sprasowanych kul jest również wykorzystywany w ceramice jako wkład młynków kulowych do rozdrabniania innych tlenków! Przejdźmy jednak do zastosowań w ceramice. Tlenek glinu jest silnym stabilizatorem szkliw. Stabilizuje strukturę szkliwa ( jego zwartość i lepkość ) w fazie płynnej ( po stopieniu ). Służy do „kontrolowania” temperatury płynięcia szkliwa. Odpowiednia proporcja = odpowiednia temperatura. Po wystygnięciu szkliwa dodatek tlenku odpowiada za twardość i wytrzymałość powłoki szkliwiącej. Pamiętajmy, że mieszaniny tlenków to eutektyki!!
Pewną właściwością tlenku glinu ( często niekorzystną ) jest zdolność do dławienia efektu barwienia przez inne tlenki – blokada „odpowiedzi koloru”. Duży dodatek tlenku powoduje, że kolory szarzeją, matowieją, blakną.
W przypadku szkliw krystalicznych tlenek glinu powoduje:
szkliwa makrokrystaliczne hamowanie wzrostu kryształów
szkliwa mikrokrystaliczne inicjuje wzrost kryształów
Co jest ważne. Nie zaleca się stosowania tlenku glinu w dużych ilościach, w czystej formie, jako dodatku do glin i szkliw. Tlenek glinu jest nierozpuszczalny i trudnorozpraszalny w wodzie. Jeśli jest potrzeba dodaje się go w formie substancji zawierającej jego duże ilości. To np. kaolin, skalenie, cyjanit (kyanit)..
Należy pamiętać o wielkiej szkodliwości związku, tlenek glinu ale głównie w postaci pyłu, jako substancji wdychanej to silna trucizna. Wysokie pylenie, konieczność używania masek przeciwpyłowych!!!
Pozostałe informacje
Temat tlenek w ceramice – będzie kontynuowany w następnych artykułach. Jeśli te opisy wydają się Wam jakkolwiek przydatne prośba o rozważenie wsparcia naszej akcji rozbudowy pracowni i pleneru, które tak jak wszystkie nasze dotychczasowe przedsięwzięcia mają służyć większej grupie osób. Link poniżej.