Keramikglasur

Keramikglasur ist eine undurchlässige Schicht oder Beschichtung einer glasartigen Substanz, die durch Brennen mit einem Keramikkörper verschmolzen wurde. Glasur kann dazu dienen, einen Gegenstand zu färben, zu dekorieren oder wasserfest zu machen. Durch die Verglasung eignen sich Steingutgefäße zur Aufnahme von Flüssigkeiten, wodurch die inhärente Porosität von unglasiertem Steingut für Kekse abgedichtet wird. Es gibt auch eine härtere Oberfläche. Glasur wird auch für Steinzeug und Porzellan verwendet. Zusätzlich zu ihrer Funktionalität können Glasuren eine Vielzahl von Oberflächenveredelungen bilden, einschließlich Glanzgrad oder Mattgrad und Farbe. Glasuren können auch das zugrunde liegende Design oder die darunter liegende Textur verbessern, entweder unverändert oder eingeschrieben, geschnitzt oder bemalt.

Die meisten in den letzten Jahrhunderten hergestellten Töpferwaren wurden glasiert, mit Ausnahme von Stücken aus unglasiertem Biskuitporzellan, Terrakotta oder einer anderen Art. Die Oberfläche der Fliesen ist fast immer glasiert, und die moderne architektonische Terrakotta wird sehr oft glasiert. Glasierte Ziegel sind ebenfalls üblich. Haushaltshygieneartikel sind ausnahmslos glasiert, ebenso wie viele Keramiken, die in der Industrie verwendet werden, beispielsweise Keramikisolatoren für Freileitungen.

Die wichtigsten Gruppen traditioneller Glasuren, die jeweils nach ihrem keramischen Hauptflussmittel benannt sind, sind:

Die in Ostasien wichtige Ascheglasur wird einfach aus Holz oder Pflanzenasche hergestellt, die Kali und Kalk enthält.
Feldspathische Glasuren aus Porzellan.
Bleiglasuren, einfarbig oder gefärbt, sind nach dem Brennen glänzend und transparent und benötigen nur etwa 800 ° C. Sie werden seit ca. 2.000 Jahren in China, z. B. Sancai, am Mittelmeer und in Europa, z. B. viktorianische Majolika, verwendet.
Salzglasur, meist europäisches Steinzeug. Es wird gewöhnliches Salz verwendet.
Zinnglasur, die die Ware mit Bleiglasur überzieht, die durch Zugabe von Zinn undurchsichtig weiß gemacht wurde. Bekannt im alten Nahen Osten und dann wichtig in der islamischen Töpferei, von der es nach Europa überging. Beinhaltet Hispano-Moresque-Ware, Majolika (auch Majolika genannt), Fayence und Delfterzeugnisse.

Die moderne Werkstofftechnologie hat neue Glasuren erfunden, die nicht in diese traditionellen Kategorien fallen.

Zweck
Ab einer Brenntemperatur von 1250 ° C wird aus den Stücken Steinzeug gebrannt. Porzellan wird bei Temperaturen bis 1400 ° C gebrannt. Es entstehen interkristalline glasartige Phasen, die eine geschlossene Porosität und möglicherweise eine Selbstglasur ergeben. Die Oberfläche ist jedoch oft rau und hat die Farbe des entsprechenden Grundmaterials. Die Glasur besteht aus zusätzlichen Materialien, mit denen eine harte, geschlossene Oberflächenschicht und verschiedene Farben erzeugt werden können. Die Bestandteile der Glasur bilden miteinander und mit dem Grundmaterial eine Glasschicht aus einer Mischung verschiedener Oxide.

Glasuren dienen zur Verbesserung der ästhetischen Wirkung (Farb- und Effektglasuren) oder zur Verbesserung der mechanischen und elektrischen Eigenschaften.

Bei Geschirr verringert die Glasur die Oberflächenrauheit, so dass es leichter zu reinigen ist, und die Kratzfestigkeit wird erhöht, was die Gebrauchseigenschaften verbessert, da weniger Kratzer auftreten.

Hochspannungsisolatoren aus elektrischem Porzellan werden glasiert, um die Festigkeit des Isolators durch eine inhärente Druckspannung zu erhöhen. Gleichzeitig wird eine geeignete chemische Zusammensetzung der Oberfläche erreicht, die den Leckstrom durch Reduzierung der Leitfähigkeit reduziert (keine Wasseraufnahme). Die verringerte Rauheit verhindert auch eine schnellere Verschmutzung.

Komposition
Glasuren müssen ein keramisches Flussmittel enthalten, das die teilweise Verflüssigung in den Tonkörpern und den anderen Glasurmaterialien fördert. Flussmittel senken den hohen Schmelzpunkt der Glasbildner Siliciumdioxid und manchmal Bortrioxid. Diese Glasbildner können in den Glasurmaterialien enthalten sein oder können aus dem darunter liegenden Ton gezogen werden.

Rohmaterialien für keramische Glasuren umfassen im Allgemeinen Siliciumdioxid, das der Hauptglasbildner sein wird. Verschiedene Metalloxide wie Natrium, Kalium und Calcium wirken als Flussmittel und senken daher die Schmelztemperatur. Aluminiumoxid, das oft aus Ton gewonnen wird, versteift die geschmolzene Glasur, um zu verhindern, dass sie vom Werkstück abläuft. Farbstoffe wie Eisenoxid, Kupfercarbonat oder Kobaltcarbonat und manchmal Trübungsmittel wie Zinnoxid oder Zirkoniumoxid werden verwendet, um das optische Erscheinungsbild der gebrannten Glasur zu modifizieren.

Chemisch gesehen bestehen Glasuren (wie andere Gläser auch) aus einer Mischung von Mineralmehlen. Gelegentlich werden Metalle wie Blei oder Gold als bestimmende Elemente hinzugefügt.

Mineralien
Bei den Mineralien handelt es sich zum einen um Netzwerkbildner wie Kieselsäure (in Form von Quarzmehl), Flussmittel oder Schmelzpunkterniedriger wie Alkali- und Erdalkalioxide, meist Natrium- und Calciumoxid, die häufig in Form von zugesetzt werden Feldspat oder Kreide oder Bor- und Bleiverbindungen, die üblich sind, können als Fritten sowie Aluminiumoxid als Konsistenzverbesserer und Viskositätsverbesserer verwendet werden.

Bleiglasuren sind besonders korrosionsbeständig, während sich die niedrigschmelzenden Bestandteile Natrium und Kalium leichter entfernen lassen.

In der seit dem Spätmittelalter bekannten Salzglasur wird dem Feuer Steinsalz (Natriumchlorid) zugesetzt, dessen Rauchgase den Ofen umströmen. Das bei hoher Temperatur freigesetzte Natriumoxid verbindet sich mit dem Scherben und senkt die Schmelztemperatur der Oberflächenschicht, so dass eine Glasschicht gebildet wird.

Farben
Je höher die Brenntemperatur und die erreichbare Beständigkeit ist, desto begrenzter ist die Farbpalette. Während die Farbe Weiß durch Dispergieren (Zugabe von Zinnoxid oder Zirkoniumoxid) entsteht, können andere Farben nur durch Zugabe von färbenden Metalloxiden erzielt werden. Die blaue Kobaltglasur ist bekannt. Grün entsteht durch Chromoxid, Brauntöne durch Mangan oder das oft schon enthaltene Eisen. Unter einer reduzierenden Brennatmosphäre führt ein Eisengehalt zu graublauen Tönen.

Niedrig gebrannte bunte Keramikglasuren enthalten oft noch lösliche Bestandteile, die während des Gebrauchs so viel Substanz freisetzen, dass sie immer noch giftig sind. Dies trifft häufig auf Ornamente mit applizierten Engoben zu, die nicht vollständig „glasiert“ und im Vergleich zu Glasuren kristalliner und an der Oberfläche weniger geschlossen sind.

Porzellanobjekte, die bei 1450 ° C glattgebrannt werden, gelten als unbedenklich – auch wenn sie giftige Farbstoffe enthalten. Die Schwermetalle in den Silikaten sind fest glasiert und damit verbunden.

Die Bemalung von Porzellan und Fayence kann als Unterglasurbemalung mit Scharfschützenfeuerfarben bei hoher Temperatur verwendet werden, oder temperaturempfindliche Glasurfarben erfolgen, um die Hitze auf das glasierte Geschirr zu reduzieren.

Bestimmte Oxide wie Kobalt waren lange Zeit Luxusproduktionen vorbehalten. Tatsächlich kam das reinste Kobalt über Spanien zu hohen Kosten aus dem Nahen Osten. Das Mitteleuropas gab weniger tiefen und graueren Blues.

Blau: Kobalt + Titan (Rutil)
Braun: Eisen + Mangan
Blaugrau: Eisen + Kobalt
Gelb: Kobalt + Vanadium
Schwarz: Kupfer + Mangan
Ocker: Eisen + Vanadium
Grün: Kupfer + Eisen oder Kupfer + Chrom

Die Farben und Texturen von Keramikemails hängen auch von der Atmosphäre ab, in der sie gebrannt wurden:

Oxidierend (genug Sauerstoff, um den gesamten Kraftstoff zu verbrennen)
Reduktiv (während des Garens ist nicht genügend Sauerstoff vorhanden, um den gesamten Brennstoff zu verbrauchen, und die Flamme sucht diesen Sauerstoff im Material des Emails und ändert so seine chemischen Eigenschaften und damit sein Aussehen).

Prozess
Die Glasur kann durch trockenes Bestäuben einer trockenen Mischung über die Oberfläche des Tonkörpers oder durch Einbringen von Salz oder Soda in den Ofen bei hohen Temperaturen aufgebracht werden, um eine natriumdampfreiche Atmosphäre zu schaffen, die mit den Aluminium- und Siliciumdioxidoxiden im Körper in Wechselwirkung tritt formen und deponieren Glas und stellen so sogenannte Salzglasur-Töpferwaren her. Am häufigsten werden Glasuren in wässriger Suspension verschiedener pulverförmiger Mineralien und Metalloxide durch direktes Eintauchen von Stücken in die Glasur aufgebracht. Andere Techniken umfassen das Gießen der Glasur über das Stück, das Aufsprühen auf das Stück mit einer Airbrush oder einem ähnlichen Werkzeug oder das direkte Auftragen mit einem Pinsel oder einem anderen Werkzeug.

Um zu verhindern, dass der glasierte Gegenstand während des Brennens am Ofen haftet, wird entweder ein kleiner Teil des Gegenstands unglasiert gelassen oder er wird auf kleinen feuerfesten Trägern wie Brennsporen und Stelzen abgestützt, die nach dem Brennen entfernt und weggeworfen werden. Kleine Spuren, die von diesen Sporen hinterlassen werden, sind manchmal auf Fertigware sichtbar.

Dekorationen, die unter der Glasur auf Keramik aufgebracht werden, werden im Allgemeinen als Unterglasur bezeichnet. Unterglasuren werden auf die Oberfläche der Keramik aufgebracht, die entweder roh, “grün” oder “Keks” gebrannt sein kann (ein anfängliches Brennen einiger Gegenstände vor dem Glasieren und erneuten Brennen). Über dem Dekor befindet sich eine feuchte Lasur – normalerweise transparent. Das Pigment verschmilzt mit der Glasur und scheint sich unter einer Schicht klarer Glasur zu befinden. Ein Beispiel für Unterglasurdekoration ist das bekannte “blau-weiße” Porzellan, das in Deutschland, England, den Niederlanden, China und Japan hergestellt wird. Die auffallend blaue Farbe verwendet Kobalt als Kobaltoxid oder Kobaltcarbonat.

Das auf eine Glasurschicht aufgebrachte Dekor wird als Überglasur bezeichnet. Zu den Überglasurverfahren gehört das Aufbringen einer oder mehrerer Schichten oder Schichten Glasur auf ein Keramikstück oder das Aufbringen einer nicht glasierenden Substanz wie Emaille oder Metalle (z. B. Blattgold) über der Glasur.

Überglasurfarben sind Niedertemperaturglasuren, die Keramik ein dekorativeres, glasiges Aussehen verleihen. Zuerst wird ein Stück gebrannt, wobei dieser anfängliche Brand als Glanzbrand bezeichnet wird, dann wird das Überglasurdekor aufgebracht und es wird erneut gebrannt. Sobald das Stück gebrannt ist und aus dem Ofen kommt, ist seine Textur aufgrund der Glasur glatter.

Geschichte
In der Vergangenheit entwickelte sich die Verglasung von Keramik eher langsam, da geeignete Materialien entdeckt werden mussten und auch eine Brenntechnologie erforderlich war, die zuverlässig die erforderlichen Temperaturen erreichen konnte.

Der glasierte Backstein stammt aus dem 13. Jahrhundert v. Chr. Aus dem Elamitentempel in Chogha Zanbil. Die 1049 in Kaifeng, China, erbaute Eisenpagode aus glasierten Ziegeln ist ein bekanntes späteres Beispiel.

Bleiglasiertes Steingut wurde wahrscheinlich in China in der Zeit der Kriegsstaaten (475 – 221 v. Chr.) Hergestellt und seine Produktion während der Han-Dynastie gesteigert. Hochtemperatur-Steinzeug mit Proto-Celadon-Glasur wurde seit der Shang-Dynastie (1600 – 1046 v. Chr.) Früher als glasiertes Steingut hergestellt.

Während der Kofun-Zeit Japans wurde Sue-Ware mit grünlichen Naturascheglasuren verziert. Von 552 bis 794 n. Chr. Wurden verschiedenfarbige Glasuren eingeführt. Die drei farbigen Glasuren der Tang-Dynastie wurden häufig für eine gewisse Zeit verwendet, wurden jedoch nach und nach eingestellt. Die genauen Farben und Zusammensetzungen der Glasuren wurden nicht wiederhergestellt. Im ganzen Land wurde jedoch üblicherweise eine Glasur aus natürlicher Asche verwendet.

Im 13. Jahrhundert wurden Blumenmuster mit roten, blauen, grünen, gelben und schwarzen Glasuren bemalt. Überglasuren wurden wegen des besonderen Aussehens, das sie Keramik gaben, sehr beliebt.

Ab dem 8. Jahrhundert war die Verwendung glasierter Keramik in der islamischen Kunst und der islamischen Töpferei weit verbreitet, meist in Form aufwändiger Töpferei. Mit Zinn getrübte Verglasungen waren eine der frühesten neuen Technologien, die von den islamischen Töpfern entwickelt wurden. Die ersten undurchsichtigen Glasuren des Islams befinden sich als blau bemalte Ware in Basra aus dem 8. Jahrhundert. Ein weiterer wichtiger Beitrag war die Entwicklung von Steinzeug aus dem Irak des 9. Jahrhunderts. Weitere Zentren für innovative Keramik in der islamischen Welt waren Fustat (von 975 bis 1075), Damaskus (von 1100 bis um 1600) und Täbris ( von 1470 bis 1550).

Technologie
Die grünen (ungebrannten) Keramiken werden zunächst unter anderem bei der Herstellung von Porzellan einem Sprühbrand unterzogen. Die Brenntemperatur ist niedriger und nicht so hoch wie beim Glattbrand nach dem Auftragen der Glasurbestandteile. Nach dem Waschen wird die Keramik mit Suspensionen der Glasurbestandteile in Wasser (Fritten, in Wasser gelöstes Pulver) gegossen, getaucht oder gebürstet. Die Kontaktflächen bleiben frei, um eine Verschmelzung mit den Einbaubacköfen zu verhindern.

Beim Glattbrand verbinden sich die Glasurschmelze und ihre Bestandteile untereinander und mit dem Glasscherben. Es entstehen glasartige Mischoxide.

Ist der Ausdehnungskoeffizient der Glasurschicht größer als der des Grundmaterials, können sich Risse bilden. Diese Risse werden manchmal erkannt und als Gestaltungselemente (Craquelé) verwendet. Im gegenteiligen Fall, dass die Spannung der Glasurschicht höher ist, dh die Glasurschicht unter permanenter Druckspannung steht, wird die Festigkeit erhöht, was je nach Anwendung auch erwünscht sein kann.

Evolution
Da der Plumbiferous-Lack einen größeren Ausdehnungskoeffizienten als der Terrakotta selbst (gekochter Schlamm) aufweist, können kleine Risse auftreten, die die in dem Behälter enthaltenen Flüssigkeiten filtern können, was in vielen Fällen dazu führt, dass die in die glasierten Gefäße eingebrachten Lebensmittel Bleisalze bilden sehr giftig. Im neunzehnten Jahrhundert wurde entdeckt, dass Verglasungen ohne Blei und ohne die damit verbundene Gefahr durch feldspathische Verglasungen ersetzt werden konnten.

Toxizität, Ökotoxizität, Zertifizierung
Wenn die Glasuren (im Sinne einer “Substanz, die auf die Oberfläche der Fliesen zwischen der Formgebung und dem Endstadium des Brennens der Fliesen aufgebracht wird”) Blei, Cadmium oder Antimon (oder eine ihrer Verbindungen) enthalten, um das zu erhalten Europäisches Umweltzeichen, die Glasuren dürfen nicht mehr enthalten als:

0,5% ihrer Bleimasse
0,1% ihrer Masse in Cadmium
0,25% ihrer Masse an Antimon

Arten von Glasuren
Abhängig von den verwendeten Flussmitteln gibt es verschiedene Arten von Glasuren:

alkalische Glasuren – mit Natrium-, Kalium- oder Lithiumsalzen;
Borglasuren – Borsäure (Schmelztemperatur 600 ° C);
Bleiglasuren – Bleioxid. Die Alquifoux, eine Bleisulfidglasur, die in Südfrankreich bis zu ihrem teilweisen Verbot in den 1950er Jahren verwendet wurde, ergab grün oder gelb lackierte Farben, die typisch für provenzalische Produktionen sind. Bleiglasuren werden wegen ihrer Toxizität fast nicht mehr verwendet;
“Bristol” Glasuren – mit Zinkoxid. Sie sind weniger giftig als die vorherigen und werden nach und nach ersetzt.
Viele Glasurrezepte stehen zur Verfügung, um unterschiedliche Texturen (matt, glänzend, rau) oder eine mehr oder weniger dichte Bedeckung (opak, transluzent) zu erhalten.

Seladon
Der Seladon bezieht sich sowohl auf eine Farbe als auch auf eine Keramikart, die in China (chinesisch: qingci 青瓷, wörtlich “grünes Porzellan”) und im Fernen Osten einzigartig ist. Diese Emaille hat einen bläulichen bis olivgrünen Farbton und ist charakteristisch für eine besonders begehrte Herstellung von antiker chinesischer Keramik.

Ein Beispiel dieses Hochtemperatur-Emails wird in Reduktion mit dieser Art von Rezept erhalten:

Feldspat: 40%
Kieselsäure: 30%
Kreide (Calciumcarbonat): 20%
Kaolin: 10%

Optional können Sie 5% (zusätzlich) Talk und 1% Ocker oder Eisenoxid zugeben.

Das Tenmoku
Schwarzer japanischer Emaille mit braunem Spruch “chamois”, dieser Emaille wird nach folgendem Rezept hergestellt:

Feldspat: 45%
Kreide: 12%
Ball Clay: 5%
Kieselsäure: 36%
Bentonit: 2%
Rotes Eisenoxid (Hämatit): + 8%

Der Shino
Es gibt viele verschiedene Shinos. Sie ähneln im Allgemeinen einem dicken, undurchsichtigen, matten Glas von Weiß über Orange bis Braun. Zwei Shino-Rezepte:

Syphite Nepheline: 70%
Kaolin: 30%
Salz: + 3%

Nephelinsyenit: 80%
Kaolin: 20%
Salz: + 3%

Esche emailliert

“Creme” Eschenemail:
Feldspat: 38%
Holzasche: 31%
Kreide: 23%
Kieselsäure: 8%

Esche grün Emaille:
Feldspat: 18%
Holzasche: 46%
Ball Clay: 27%
Kaolin: 9%
Kupfercarbonat: + 3%

Eschenblaue Emaille:
Feldspat: 38%
Holzasche: 31%
Kreide: 25%
Kieselsäure: 6%
Kobaltoxid: + 1%

Umweltbelastung
Ab 2012 wurden in den Vereinigten Staaten über 650 Keramikherstellungsbetriebe gemeldet, wahrscheinlich noch viel mehr in den Industrieländern und Entwicklungsländern. Bodenfliesen, Wandfliesen, Sanitärkeramik, Badezimmerzubehör, Küchengeschirr und Geschirr sind potenzielle keramikhaltige Produkte, die für Verbraucher erhältlich sind. Schwermetalle sind dichte Metalle, die in Glasuren verwendet werden, um eine bestimmte Farbe oder Textur zu erzeugen. Es ist wahrscheinlicher, dass Glasurbestandteile in die Umwelt gelangen, wenn nicht recycelte Keramikprodukte warmem oder saurem Wasser ausgesetzt werden. Das Auslaugen von Schwermetallen tritt auf, wenn keramische Produkte falsch glasiert oder beschädigt sind. Blei und Chrom sind zwei Schwermetalle, die üblicherweise in Keramikglasuren verwendet werden und die von Regierungsbehörden aufgrund ihrer Toxizität und Bioakkumulationsfähigkeit streng überwacht werden.

Metalloxidchemie
Metalle, die in Keramikglasuren verwendet werden, liegen typischerweise in Form von Metalloxiden vor.

Blei (II) oxid
Keramikhersteller verwenden in erster Linie Blei (II) -oxid (PbO) als Flussmittel für seinen niedrigen Schmelzbereich, den weiten Brennbereich, die niedrige Oberflächenspannung, den hohen Brechungsindex und die Entglasungsbeständigkeit.

In verschmutzten Umgebungen reagiert Stickstoffdioxid mit Wasser (H2O) unter Bildung von salpetriger Säure (HNO2) und Salpetersäure (HNO3).

H2O + 2NO2 → HNO2 + HNO3

Lösliches Blei (II) -nitrat (Pb (NO3) 2) entsteht, wenn Blei (II) -oxid (PbO) von Bleiglasuren Salpetersäure (HNO3) ausgesetzt wird

PbO + 2HNO 3 → Pb (NO 3) 2 + H 2 O

Da die Bleiexposition in engem Zusammenhang mit einer Vielzahl von gesundheitlichen Problemen steht, die als Bleivergiftung bezeichnet werden, unterliegt die Entsorgung von Bleiglas (hauptsächlich in Form von CRT-Displays) und bleiverglaster Keramik den Vorschriften für giftige Abfälle.

Chrom (III) oxid
Chrom (III) oxid (Cr2O3) wird als Farbmittel in keramischen Glasuren verwendet. Chrom (III) oxid kann mit Calciumoxid (CaO) und Luftsauerstoff bei Temperaturen, die von einem Ofen erreicht werden, eine Reaktion eingehen, um Calciumchromat (CaCrO4) zu erzeugen. Die Oxidationsreaktion ändert Chrom von seiner Oxidationsstufe +3 in seine Oxidationsstufe +6. Chrom (VI) ist sehr gut löslich und von allen anderen stabilen Chromformen am mobilsten.

Cr2O3 + 2CaO + 3⁄2O2 → CaCrO4

Chrom kann über industrielle Ableitungen in Wassersysteme gelangen. Chrom (VI) kann direkt in die Umwelt gelangen oder in Böden vorhandene Oxidationsmittel können mit Chrom (III) unter Bildung von Chrom (VI) reagieren. Pflanzen haben verringerte Mengen an Chlorophyll, wenn sie in Gegenwart von Chrom (VI) gezüchtet werden.

Verhütung
Die Chromoxidation während des Herstellungsprozesses kann durch die Einführung von Verbindungen, die an Calcium binden, verringert werden. Die Keramikindustrie zögert, Bleialternativen zu verwenden, da Bleiglasuren Produkte mit einem brillanten Glanz und einer glatten Oberfläche versorgen. Die United States Environmental Protection Agency hat mit einer Doppelglasur-Barium-Alternative zu Blei experimentiert, aber es gelang ihnen nicht, denselben optischen Effekt wie mit Bleiglasuren zu erzielen.