Glaçure céramique

La glaçure céramique est une couche ou un revêtement imperméable d’une substance vitreuse qui a été fusionnée à un corps en céramique par cuisson. Le glacis peut servir à colorer, décorer ou imperméabiliser un article. Le vitrage rend les récipients en terre cuite aptes à contenir des liquides, scellant la porosité inhérente de la faïence biscuit non émaillée. Il donne également une surface plus dure. Le glacis est également utilisé sur le grès et la porcelaine. En plus de leur fonctionnalité, les émaux peuvent former une variété de finitions de surface, y compris les degrés de finition et de couleur brillants ou mats. Les émaux peuvent également améliorer la conception ou la texture sous-jacente non modifiée ou inscrite, sculptée ou peinte.

La plupart des poteries produites au cours des derniers siècles ont été émaillées, à l’exception des pièces en porcelaine biscuit non émaillée, en terre cuite ou d’autres types. Les carreaux sont presque toujours vitrés sur la face de la surface, et la terre cuite architecturale moderne est très souvent vitrée. La brique vernissée est également courante. Les appareils sanitaires domestiques sont toujours vitrés, tout comme de nombreuses céramiques utilisées dans l’industrie, par exemple les isolateurs en céramique pour les lignes électriques aériennes.

Les groupes les plus importants de glaçures traditionnelles, chacun nommé d’après son principal agent fondant en céramique, sont:

Le glacis de cendre, important en Asie de l’Est, est simplement fabriqué à partir de bois ou de cendre végétale, qui contient de la potasse et de la chaux.
Glaçures feldspathiques en porcelaine.
Les émaux au plomb, unis ou colorés, sont brillants et transparents après cuisson, ce qui ne nécessite qu’environ 800 ° C (1470 ° F). Ils sont utilisés depuis environ 2 000 ans en Chine, par exemple la sancai, autour de la Méditerranée et en Europe, par exemple la majolique victorienne.
Glaçure au sel, principalement en grès européen. Il utilise du sel ordinaire.
Glaçure à l’étain, qui recouvre la vaisselle de glaçure au plomb rendue blanc opaque par l’ajout d’étain. Connu dans le Proche-Orient ancien puis important dans la poterie islamique, d’où il passa en Europe. Comprend la vaisselle hispano-mauresque, la majolique (également appelée majolique), la faïence et le faïence de Delft.

La technologie des matériaux modernes a inventé de nouveaux émaux vitreux qui n’entrent pas dans ces catégories traditionnelles.

Objectif
À partir d’une température de cuisson de 1250 ° C, le grès est cuit des pièces. La porcelaine est cuite à des températures allant jusqu’à 1400 ° C. Il en résulte des phases cristallines intercristallines qui procurent une porosité fermée et éventuellement un auto-glaçage. Cependant, la surface est souvent rugueuse et a la couleur du matériau de base correspondant. L’émail est fait avec des matériaux supplémentaires qui peuvent être utilisés pour créer une couche de surface dure et fermée et diverses couleurs. Les composants de l’émail forment entre eux et avec le matériau de base une couche de verre constituée d’un mélange de différents oxydes.

Les émaux sont appliqués pour améliorer l’effet esthétique (couleur et émaux à effet) ou servent à améliorer les propriétés mécaniques et électriques.

Pour la vaisselle, la glaçure réduit la rugosité de la surface, ce qui les rend plus faciles à nettoyer et la dureté des rayures est augmentée, ce qui améliore les propriétés d’utilisation, car il y a moins de rayures.

Les isolateurs haute tension en porcelaine électrique sont vitrés afin d’augmenter la résistance de l’isolateur au moyen d’une contrainte de compression inhérente. En même temps, une composition chimique appropriée de la surface est obtenue, ce qui réduit le courant de fuite en réduisant la conductivité (pas d’absorption d’eau). La rugosité réduite empêche également un encrassement plus rapide.

Composition
Les émaux doivent inclure un flux de céramique qui fonctionne en favorisant la liquéfaction partielle dans les corps d’argile et les autres matériaux d’émail. Les flux abaissent le point de fusion élevé de la silice des formateurs de verre, et parfois du trioxyde de bore. Ces formeurs de verre peuvent être inclus dans les matériaux de glaçure, ou peuvent être tirés de l’argile en dessous.

Les matières premières des émaux céramiques comprennent généralement la silice, qui sera le principal formateur de verre. Divers oxydes métalliques, tels que le sodium, le potassium et le calcium, agissent comme flux et abaissent donc la température de fusion. L’alumine, souvent dérivée de l’argile, rigidifie la glaçure fondue pour l’empêcher de s’écouler de la pièce. Des colorants, tels que l’oxyde de fer, le carbonate de cuivre ou le carbonate de cobalt, et parfois des opacifiants comme l’oxyde d’étain ou l’oxyde de zirconium, sont utilisés pour modifier l’apparence visuelle de la glaçure cuite.

Chimiquement, les émaux (comme les autres verres) sont constitués d’un mélange de farines minérales. Parfois, des métaux comme le plomb ou l’or sont ajoutés comme éléments déterminants.

Les minéraux
Les minéraux sont, d’une part, des formateurs de réseau tels que la silice (sous forme de poudre de quartz), des flux ou des abaisseurs de point de fusion tels que les oxydes alcalins et alcalino-terreux, principalement l’oxyde de sodium et de calcium, qui sont souvent ajoutés sous forme de le feldspath ou la craie, ou les composés de bore et de plomb, qui sont courants, peuvent être utilisés comme frittes, ainsi que l’oxyde d’aluminium comme exhausteur de consistance et améliorateur de viscosité.

Les glaçures au plomb sont particulièrement résistantes à la corrosion, tandis que les composants à bas point de fusion sodium et potassium sont plus facilement éliminés.

Dans la glaçure au sel, connue depuis la fin du Moyen Âge, du sel gemme (chlorure de sodium) est ajouté au feu, dont les fumées circulent autour du four. L’oxyde de sodium libéré à haute température se combine avec le calcin et abaisse la température de fusion de la couche de surface de sorte qu’une couche de verre se forme.

Couleurs
Plus la température de cuisson et la résistance atteignable sont élevées, plus la palette de couleurs est limitée. Alors que la couleur blanche est créée par dispersion (ajout d’oxyde d’étain ou d’oxyde de zirconium), d’autres couleurs ne peuvent être obtenues qu’en ajoutant des oxydes métalliques colorants. La glaçure bleue au cobalt est bien connue. Le vert est créé par l’oxyde de chrome, les tons bruns par le manganèse ou le fer qui est souvent déjà contenu. Sous une atmosphère de combustion réduite, une teneur en fer conduit à des nuances gris-bleu.

Les émaux céramiques colorés à faible cuisson contiennent souvent encore des composants solubles qui libèrent tellement de substance pendant l’utilisation qu’ils sont toujours toxiques. Souvent, cela s’applique aux ornements avec des engobes appliqués qui ne sont pas complètement «vitrés» et sont plus cristallins par rapport aux glacis et moins fermés en surface.

Les objets en porcelaine, qui sont brûlés en douceur à 1450 ° C, sont considérés comme inoffensifs – même s’ils contiennent des substances colorantes toxiques. Les métaux lourds contenus dans les silicates sont fermement vitrés et liés avec eux.

La peinture de porcelaine et de faïence peut être utilisée comme peinture sous glaçure avec des couleurs de feu de tireur d’élite à haute température, ou des couleurs de glaçure sensibles à la température, réduire la chaleur de la vaisselle vitrée.

Certains oxydes comme le cobalt ont longtemps été réservés aux productions de luxe. En effet, le cobalt le plus pur provenait à grands frais du Moyen-Orient via l’Espagne. Celui de l’Europe centrale a donné des bleus moins profonds et plus gris.

Bleu: cobalt + titane (rutile)
Marron: fer + manganèse
Gris bleuâtre: fer + cobalt
Jaune: cobalt + vanadium
Noir: cuivre + manganèse
Ocre: fer + vanadium
Vert: cuivre + fer ou cuivre + chrome

Les couleurs et les textures des émaux céramiques dépendent également de l’atmosphère de la cuisson dans laquelle ils ont été formés:

Oxydant (assez d’oxygène pour brûler tout le carburant)
Réducteur (il n’y a pas assez d’oxygène pendant la cuisson pour que tout le combustible soit consommé et la flamme va chercher cet oxygène dans le matériau même de l’émail, modifiant ainsi ses propriétés chimiques et donc son apparence).

Processus
Le glaçage peut être appliqué en saupoudrant à sec un mélange sec sur la surface du corps d’argile ou en insérant du sel ou de la soude dans le four à des températures élevées pour créer une atmosphère riche en vapeur de sodium qui interagit avec les oxydes d’aluminium et de silice du corps pour former et déposer du verre, produisant ce qu’on appelle la poterie de glaçure au sel. Le plus souvent, les émaux en suspension aqueuse de divers minéraux en poudre et oxydes métalliques sont appliqués en plongeant les morceaux directement dans l’émail. D’autres techniques incluent le coulage de la glaçure sur la pièce, la pulvérisation sur la pièce avec un aérographe ou un outil similaire, ou l’application directe avec une brosse ou un autre outil.

Pour éviter que l’article vitré ne colle au four pendant la cuisson, soit une petite partie de l’article n’est pas vitrée, soit il est supporté sur de petits supports réfractaires tels que des éperons de four et des échasses qui sont retirés et jetés après la cuisson. De petites marques laissées par ces éperons sont parfois visibles sur les articles finis.

La décoration appliquée sous la glaçure sur la poterie est généralement appelée sous-glaçure. Des sous-glaçures sont appliquées à la surface de la poterie, qui peut être crue, “verte” ou “biscuitée” (une première cuisson de certains articles avant le glaçage et la nouvelle cuisson). Un glaçage humide – généralement transparent – est appliqué sur la décoration. Le pigment fusionne avec le vernis et semble se trouver sous une couche de vernis transparent. Un exemple de décoration sous glaçure est la célèbre porcelaine «bleu et blanc» produite en Allemagne, en Angleterre, aux Pays-Bas, en Chine et au Japon. La couleur bleue saisissante utilise le cobalt comme oxyde de cobalt ou carbonate de cobalt.

La décoration appliquée sur une couche de glaçure est appelée surglaçure. Les méthodes de surglaçage comprennent l’application d’une ou plusieurs couches ou couches de glaçure sur un morceau de poterie ou en appliquant une substance non glaçure telle que de l’émail ou des métaux (par exemple, des feuilles d’or) sur le glaçage.

Les couleurs de surglaçure sont des glacis à basse température qui donnent à la céramique un aspect vitreux plus décoratif. Une pièce est cuite en premier, cette cuisson initiale étant appelée cuisson glost, puis la décoration de surglaçure est appliquée et elle est cuite à nouveau. Une fois que la pièce est cuite et sort du four, sa texture est plus lisse grâce au glaçage.

Histoire
Historiquement, le vitrage de la céramique s’est développé assez lentement, car des matériaux appropriés devaient être découverts, et une technologie de cuisson capable d’atteindre de manière fiable les températures nécessaires était également nécessaire.

La brique vernissée remonte au temple élamite de Chogha Zanbil, daté du XIIIe siècle av. La pagode de fer, construite en 1049 à Kaifeng, en Chine, en briques vernissées est un exemple ultérieur bien connu.

La faïence émaillée au plomb a probablement été fabriquée en Chine pendant la période des Royaumes combattants (475 – 221 avant notre ère), et sa production a augmenté pendant la dynastie Han. Le grès émaillé proto-céladon haute température a été fabriqué plus tôt que la faïence émaillée, depuis la dynastie Shang (1600 – 1046 avant notre ère).

Pendant la période Kofun au Japon, les articles Sue étaient décorés de glaçures en frêne naturel verdâtre. De 552 à 794 après JC, des émaux de couleurs différentes ont été introduits. Les trois glaçures colorées de la dynastie Tang ont été fréquemment utilisées pendant une période, mais ont été progressivement supprimées; les couleurs et compositions précises des émaux n’ont pas été retrouvées. Le glacis de frêne naturel, cependant, était couramment utilisé dans tout le pays.

Au 13ème siècle, les motifs floraux étaient peints de sur-émaux rouges, bleus, verts, jaunes et noirs. Les glacis sont devenus très populaires en raison de l’aspect particulier qu’ils ont donné à la céramique.

À partir du VIIIe siècle, l’utilisation de la céramique émaillée était répandue dans l’art islamique et la poterie islamique, généralement sous la forme de poteries élaborées. Le vitrage opacifié à l’étain a été l’une des premières nouvelles technologies développées par les potiers islamiques. Les premiers émaux islamiques opaques peuvent être trouvés comme des articles peints en bleu à Bassora, datant du 8ème siècle environ. Une autre contribution importante a été le développement du grès, originaire de l’Iraq du IXe siècle. [Citation complète nécessaire] D’autres centres de poterie céramique innovante dans le monde islamique comprenaient Fustat (de 975 à 1075), Damas (de 1100 à environ 1600) et Tabriz ( de 1470 à 1550).

La technologie
Les céramiques vertes (non cuites) sont d’abord soumises à une cuisson par pulvérisation, entre autres, dans la fabrication de la porcelaine. La température de cuisson est plus basse, pas aussi élevée qu’avec une cuisson douce après l’application des composants de la glaçure. Après récurage, les céramiques sont coulées, trempées ou brossées avec des suspensions des composants du glaçage dans l’eau (frittes, poudre dissoute dans l’eau). Les surfaces de contact restent libres pour les empêcher de fusionner avec les fours intégrés.

En cas de cuisson douce, la glaçure fond et ses composants se combinent entre eux et avec le verre brisé. Des oxydes mixtes vitreux se forment.

Si le coefficient de dilatation de la couche de glaçure est supérieur à celui du matériau de base, des fissures peuvent se former. Ces fissures sont parfois reconnues et utilisées comme éléments de conception (craquelé). Dans le cas contraire, que la tension de la couche de glaçure est plus élevée, c’est-à-dire que la couche de glaçure est soumise à une contrainte de compression permanente, la résistance est augmentée, ce qui peut également être souhaité en fonction de l’application.

Évolution
Comme le vernis plombifère a un coefficient de dilatation supérieur à la terre cuite elle-même (boue cuite), de petites fissures peuvent apparaître qui pourraient filtrer les liquides contenus dans le récipient, ce qui dans de nombreux cas amène les aliments introduits dans les récipients vitrés à commencer à former des sels de plomb très toxique. Au XIXe siècle, on a découvert que le vitrage pouvait être réalisé sans plomb et sans le danger qui en découlait, étant remplacé par un vitrage feldspathique.

Toxicité, écotoxicité, certification
Si les émaux (au sens de “substance appliquée à la surface des carreaux entre la mise en forme et le stade final de cuisson du carreau”) contiennent du plomb, du cadmium ou de l’antimoine (ou l’un de leurs composés), pour obtenir la Ecolabel européen, les émaux ne doivent pas contenir plus de:

0,5% de leur masse de plomb
0,1% de leur masse en cadmium
0,25% de leur masse en antimoine

Types de glaçures
Il existe plusieurs types de glaçures en fonction des flux utilisés:

émaux alcalins – avec des sels de sodium, de potassium ou de lithium;
émaux au bore – acide borique (température de fusion 600 ° C);
émaux au plomb – oxyde de plomb. L’alquifoux, une glaçure au sulfure de plomb utilisée dans le sud de la France jusqu’à son interdiction partielle dans les années 1950, donnait des couleurs vernies vertes ou jaunes typiques des productions provençales. Les glaçures au plomb ne sont presque plus utilisées en raison de leur toxicité;
Glaçures “Bristol” – à l’oxyde de zinc. Moins toxiques que les précédents, ils les ont progressivement remplacés.
De nombreuses recettes de glaçage sont disponibles pour obtenir différentes textures (mat, brillant, rugueux), ou un revêtement plus ou moins dense (opaque, translucide).

Céladon
Le céladon fait référence à la fois à une couleur et à un type de céramique propres à la Chine (chinois: qingci 青瓷, littéralement “porcelaine verte”) et à l’Extrême-Orient. Cet émail a une teinte bleuâtre à vert olive et est caractéristique d’une production particulièrement recherchée de céramique chinoise ancienne.

Un exemple de cet émail à haute température est obtenu, en réduction, avec ce type de recette:

Feldspath: 40%
Silice: 30%
Craie (carbonate de calcium): 20%
Kaolin: 10%

En option, vous pouvez ajouter 5% (en plus) de talc et 1% d’ocre ou d’oxyde de fer.

Le tenmoku
Émail japonais noir tacheté de brun dit “chamois”, cet émail est obtenu avec la recette suivante:

Feldspath: 45%
Craie: 12%
Boule d’argile: 5%
Silice: 36%
Bentonite: 2%
Oxyde de fer rouge (hématite): + 8%

Le shino
Il existe de nombreux shinoes différents. Ils ressemblent généralement à un verre épais, opaque et mat, du blanc à l’orange ou au brun. Deux recettes Shino:

Néphéline syphite: 70%
Kaolin: 30%
Sel: + 3%

Syphite néphéline: 80%
Kaolin: 20%
Sel: + 3%

Emaux de frêne

Émail frêne “crème”:
Feldspath: 38%
Frêne bois: 31%
Craie: 23%
Silice: 8%

Émail vert cendre:
Feldspath: 18%
Frêne bois: 46%
Terre battue: 27%
Kaolin: 9%
Carbonate de cuivre: + 3%

Émail bleu cendre:
Feldspath: 38%
Frêne bois: 31%
Craie: 25%
Silice: 6%
Oxyde de cobalt: + 1%

Impact environnemental
En 2012, plus de 650 établissements de fabrication de céramique ont été signalés aux États-Unis, et probablement beaucoup plus dans les pays développés et en développement. Les carreaux de sol, les carreaux muraux, les appareils sanitaires, les accessoires de salle de bain, les ustensiles de cuisine et la vaisselle sont tous des produits potentiels contenant de la céramique qui sont disponibles pour les consommateurs. Les métaux lourds sont des métaux denses utilisés dans les glacis pour produire une couleur ou une texture particulière. Les composants de glaçure sont plus susceptibles d’être lessivés dans l’environnement lorsque les produits en céramique non recyclés sont exposés à de l’eau chaude ou acide. La lixiviation des métaux lourds se produit lorsque les produits céramiques sont mal émaillés ou endommagés. Le plomb et le chrome sont deux métaux lourds couramment utilisés dans les émaux céramiques qui sont fortement surveillés par les agences gouvernementales en raison de leur toxicité et de leur capacité de bioaccumulation.

Chimie des oxydes métalliques
Les métaux utilisés dans les émaux céramiques se présentent généralement sous la forme d’oxydes métalliques.

Oxyde de plomb (II)
Les fabricants de céramique utilisent principalement l’oxyde de plomb (II) (PbO) comme flux pour sa faible plage de fusion, sa large plage de cuisson, sa faible tension superficielle, son indice de réfraction élevé et sa résistance à la dévitrification.

Dans les environnements pollués, le dioxyde d’azote réagit avec l’eau (H2O) pour produire de l’acide nitreux (HNO2) et de l’acide nitrique (HNO3).

H2O + 2NO2 → HNO2 + HNO3

Le nitrate de plomb soluble (II) (Pb (NO3) 2) se forme lorsque l’oxyde de plomb (II) (PbO) des glaçures au plomb est exposé à l’acide nitrique (HNO3)

PbO + 2HNO3 → Pb (NO3) 2 + H2O

Étant donné que l’exposition au plomb est fortement liée à une variété de problèmes de santé, appelés collectivement empoisonnement au plomb, l’élimination du verre au plomb (principalement sous la forme d’écrans CRT jetés) et de la céramique émaillée au plomb est soumise à la réglementation sur les déchets toxiques.

Oxyde de chrome (III)
L’oxyde de chrome (III) (Cr2O3) est utilisé comme colorant dans les glaçures céramiques. L’oxyde de chrome (III) peut subir une réaction avec l’oxyde de calcium (CaO) et l’oxygène atmosphérique à des températures atteintes par un four pour produire du chromate de calcium (CaCrO4). La réaction d’oxydation fait passer le chrome de son état d’oxydation +3 à son état d’oxydation +6. Le chrome (VI) est très soluble et le plus mobile de toutes les autres formes stables de chrome.

Cr2O3 + 2CaO + 3⁄2O2 → CaCrO4

Le chrome peut pénétrer dans les systèmes d’eau par le biais de rejets industriels. Le chrome (VI) peut pénétrer directement dans l’environnement ou les oxydants présents dans les sols peuvent réagir avec le chrome (III) pour produire du chrome (VI). Les plantes ont des quantités réduites de chlorophylle lorsqu’elles sont cultivées en présence de chrome (VI).

La prévention
L’oxydation du chrome lors des processus de fabrication peut être réduite grâce à l’introduction de composés qui se lient au calcium. Les industries céramiques sont réticentes à utiliser des alternatives au plomb, car les émaux au plomb offrent aux produits un éclat brillant et une surface lisse. L’Environmental Protection Agency des États-Unis a expérimenté une alternative à double vitrage et baryum au plomb, mais ils n’ont pas réussi à obtenir le même effet optique que les glacis au plomb.