Керамическая глазурь

Керамическая глазурь представляет собой непроницаемый слой или покрытие из стекловидного вещества, которое было спаяно с керамическим телом во время обжига. Глазурь может служить для окраски, украшения или водонепроницаемости предмета. Остекление делает глиняные сосуды пригодными для хранения жидкостей, герметизируя внутреннюю пористость неглазурованной бисквитной глиняной посуды. Это также дает более жесткую поверхность. Глазурь также используется на керамограните и фарфоре. В дополнение к их функциональности, глазури могут образовывать различные варианты отделки поверхности, включая глянцевую или матовую поверхность и цвет. Глазури могут также улучшить базовый дизайн или текстуру, либо неизмененные, либо надписанные, вырезанные или окрашенные.

Большая часть керамики, произведенной в последние столетия, была глазурованной, кроме кусочков неглазурованного бисквитного фарфора, терракоты или некоторых других видов. Плитка почти всегда остеклена на поверхности лица, а современная архитектурная терракота очень часто остекляется. Глазурованный кирпич также распространен. Бытовая сантехника неизменно остеклена, как и многие керамические изделия, используемые в промышленности, например керамические изоляторы для воздушных линий электропередач.

Наиболее важными группами традиционных глазурей, каждая из которых названа в честь своего основного керамического флюса, являются:

Пепельная глазурь, важная в Восточной Азии, просто делается из древесной или растительной золы, которая содержит калий и известь.
Полевые шпаты из фарфора.
Свинцовые глазури, простые или цветные, после обжига блестящие и прозрачные, для которых требуется всего около 800 ° C (1470 ° F). Они использовались около 2000 лет в Китае, например, в Санкае, в Средиземном море и в Европе, например, в викторианской майолике.
Соляная глазурь, в основном европейская керамика. Используется обычная соль.
Оловянная глазурь, которая покрывает посуду свинцовой глазурью, сделанной непрозрачной белой путем добавления олова. Известный на Древнем Ближнем Востоке, а затем важный в исламской керамики, из которой он перешел в Европу. Включает испано-мавританскую посуду, майолику (также называемую майоликой), фаянс и делфтверную посуду.

Современные технологии материалов изобрели новые стекловидные глазури, которые не попадают в эти традиционные категории.

Цель
При температуре обжига 1250 ° C керамику обжигают из кусочков. Фарфор обжигают при температуре до 1400 ° C. В результате образуются межкристаллические стеклообразные фазы, которые обеспечивают закрытую пористость и, возможно, самостекление. Однако поверхность часто является шероховатой и имеет цвет соответствующего основного материала. Глазурь изготавливается с использованием дополнительных материалов, которые можно использовать для создания твердого, закрытого поверхностного слоя и различных цветов. Компоненты глазури образуют друг с другом и с основным материалом стеклянный слой, изготовленный из смеси различных оксидов.

Глазури применяются для улучшения эстетического эффекта (цвет глазури и глазури) или служат для улучшения механических и электрических свойств.

Для посуды глазурь уменьшает шероховатость поверхности, поэтому ее легче чистить, а твердость от царапин повышается, что улучшает свойства использования, поскольку царапин меньше.

Высоковольтные изоляторы, изготовленные из электрического фарфора, остеклены, чтобы увеличить прочность изолятора посредством собственного напряжения сжатия. В то же время достигается подходящий химический состав поверхности, что уменьшает ток утечки за счет уменьшения проводимости (без поглощения воды). Уменьшенная шероховатость также предотвращает более быстрое загрязнение.

Сочинение
Глазурь должна включать керамический флюс, который функционирует, способствуя частичному разжижению в глиняных телах и других материалах глазури. Флюсы понижают высокую температуру плавления стеклообразующего диоксида кремния, а иногда и триоксида бора. Эти стеклообразователи могут быть включены в глазурные материалы или могут быть вытянуты из глины внизу.

Сырье из керамических глазурей обычно включает диоксид кремния, который будет основным стеклообразователем. Различные оксиды металлов, такие как натрий, калий и кальций, действуют как флюс и, следовательно, понижают температуру плавления. Глинозем, часто получаемый из глины, укрепляет расплавленную глазурь, предотвращая ее стекание. Красящие вещества, такие как оксид железа, карбонат меди или карбонат кобальта, а иногда и осветлители, такие как оксид олова или оксид циркония, используются для изменения внешнего вида глазури, получаемой при нагревании.

Химически, глазури (как и другие стаканы) состоят из смеси минеральной муки. Иногда такие металлы, как свинец или золото, добавляются в качестве определяющих элементов.

Полезные ископаемые
Минералы, с одной стороны, являются сетчатыми веществами, такими как диоксид кремния (в форме кварцевого порошка), флюсы или депрессанты, такие как оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, в основном оксид натрия и кальция, которые часто добавляют в виде Полевой шпат или мел, или соединения бора и свинца, которые являются общими, могут использоваться в качестве фритт, а также оксид алюминия в качестве усилителя консистенции и усилителя вязкости.

Свинцовые глазури особенно устойчивы к коррозии, тогда как легкоплавкие компоненты натрия и калия легче удаляются.

В соляной глазури, известной со времен позднего средневековья, к огню добавляется каменная соль (хлорид натрия), дымовые газы которой обтекают печь. Оксид натрия, высвобождаемый при высокой температуре, соединяется с стеклобой и понижает температуру плавления поверхностного слоя, так что образуется стеклянный слой.

Цвета
Чем выше температура обжига и достижимое сопротивление, тем более ограничена цветовая палитра. В то время как белый цвет создается путем дисперсии (добавление оксида олова или оксида циркония), другие цвета могут быть достигнуты только путем добавления окрашивающих оксидов металлов. Голубая кобальтовая глазурь хорошо известна. Зеленый создается оксидом хрома, коричневые тона – марганцем или железом, которое часто уже содержится. В восстановительной атмосфере горения содержание железа приводит к серо-голубым оттенкам.

Цветные керамические глазури с низким уровнем обжига часто по-прежнему содержат растворимые компоненты, которые выделяют столько вещества во время использования, что они все еще токсичны. Часто это относится к орнаментам с нанесенными ангобами, которые не являются полностью «глазурованными» и являются более кристаллическими по сравнению с глазурями и менее закрытыми на поверхности.

Фарфоровые предметы, которые гладко горят при 1450 ° C, считаются безвредными – даже если они содержат токсичные красящие вещества. Тяжелые металлы в силикатах прочно застеклены и связаны с ними.

Роспись фарфора и фаянса может быть использована в качестве подглазурной росписи с использованием огнестрельных красок для снайпера при высокой температуре или с помощью термочувствительных цветов глазури, которые уменьшают тепло на глазурованной посуде.

Некоторые оксиды, такие как кобальт, долгое время использовались для производства предметов роскоши. Действительно, самый чистый кобальт прибыл по огромным ценам с Ближнего Востока через Испанию. Это в Центральной Европе давало менее глубокий и более серый оттенок.

Синий: кобальт + титан (рутил)
Коричневый: железо + марганец
Голубовато-серый: железо + кобальт
Желтый: кобальт + ванадий
Черный: медь + марганец
Охра: железо + ванадий
Зеленый: медь + железо или медь + хром

Цвет и фактура керамических эмалей также зависят от атмосферы обжига, в которой они были сформированы:

Окислитель (достаточно кислорода, чтобы сжечь все топливо)
Восстановительный (во время приготовления недостаточно кислорода, чтобы расходовать все топливо, и пламя будет искать этот кислород в самом материале эмали, изменяя его химические свойства и, следовательно, внешний вид).

Процесс
Глазурь можно наносить путем сухого напыления сухой смеси на поверхность глиняного тела или путем введения соли или соды в печь при высоких температурах, чтобы создать атмосферу, богатую парами натрия, которая взаимодействует с оксидами алюминия и диоксида кремния в теле, чтобы формировать и осаждать стекло, производя так называемую глиняную глиняную посуду. Чаще всего глазури в водной суспензии различных порошкообразных минералов и оксидов металлов наносят путем погружения кусочков непосредственно в глазурь. Другие методы включают в себя наливание глазури на кусок, разбрызгивание его на кусок аэрографом или подобным инструментом или нанесение его непосредственно кистью или другим инструментом.

Чтобы предотвратить прилипание глазированного изделия к печи во время обжига, либо небольшую часть предмета оставляют неглазурованной, либо его поддерживают на небольших огнеупорных опорах, таких как отводы печи и ходули, которые удаляются и выбрасываются после обжига. Небольшие следы, оставленные этими шпорами, иногда видны на готовой посуде.

Художественное оформление, примененное под глазурью на глиняной посуде, обычно упоминается как подглазурная краска. Подглазурные покрытия наносятся на поверхность глиняной посуды, которая может быть либо сырой, «зелёной», либо «печеньевой» (начальный обжиг некоторых изделий перед остеклением и повторным обжигом). Мокрая глазурь – обычно прозрачная – наносится на украшение. Пигмент сливается с глазурью и, кажется, находится под слоем прозрачной глазури. Примером подглазурного декора является известный «синий и белый» фарфор, известный в Германии, Англии, Нидерландах, Китае и Японии. Яркий синий цвет использует кобальт в качестве оксида кобальта или карбоната кобальта.

Украшение, нанесенное поверх слоя глазури, называется надглазурной. Методы надглазурной обработки включают нанесение одного или нескольких слоев или слоев глазури на кусок керамики или нанесение неглазурного вещества, такого как эмаль или металлы (например, сусальное золото), на глазурь.

Надглазурные краски – это низкотемпературные глазури, которые придают керамике более декоративный, стеклянный вид. Сначала отжигают кусок, этот первоначальный обстрел называют глянец, затем накладывают надглазурное украшение и снова обжигают. Как только изделие обожжено и выходит из печи, его текстура становится более гладкой благодаря глазури.

история
Исторически остекление керамики развивалось довольно медленно, так как необходимо было найти соответствующие материалы, а также требовалась технология обжига, способная надежно достигать необходимых температур.

Глазурованный кирпич восходит к Эламскому храму в Чогха Занбиле, датированном 13-м веке до нашей эры. Железная пагода, построенная в 1049 году в Кайфэне, Китай, из глазурованного кирпича, является известным более поздним примером.

Глиняная посуда с глазурью из свинца, вероятно, была сделана в Китае в период враждующих государств (475 – 221 гг. До н.э.), а ее производство увеличилось во времена династии Хань. Высокотемпературные глазурованные керамогранитные протоцеладоны были изготовлены раньше, чем глазурованные керамические изделия, начиная с династии Шан (1600 – 1046 гг. До н.э.).

Во время периода Кофун в Японии посуду Сью украшали зеленоватыми глазурями из натурального пепла. С 552 по 794 г. н.э. были представлены различные цвета глазури. Три цветных глазури династии Тан часто использовались в течение определенного периода, но постепенно постепенно исчезали; точные цвета и состав глазури не были восстановлены. Однако натуральная пепельная глазурь широко использовалась по всей стране.

В 13 веке цветочные узоры были нарисованы надглазурными красными, синими, зелеными, желтыми и черными. Надглазурные покрытия стали очень популярными из-за особого вида керамики.

С восьмого века использование глазурованной керамики было распространено в исламском искусстве и исламской керамике, как правило, в форме сложной керамики. Оцинкованное остеклением стекло было одной из самых ранних новых технологий, разработанных исламскими гончарами. Первые исламские непрозрачные глазури можно найти в Басре как предметы синего цвета, датируемые примерно 8-м веком. Другим значительным вкладом стала разработка изделий из керамики, происходящих из Ирака 9-го века. [Необходима полная ссылка] Другие центры инновационной керамической керамики в исламском мире включали Фустат (с 975 по 1075), Дамаск (с 1100 до 1600) и Тебриз ( с 1470 по 1550).

Технологии
Зеленая (необожженная) керамика сначала подвергается обжигу распылением, в частности, при производстве фарфора. Температура обжига ниже, не такая высокая, как при плавном обжиге после нанесения компонентов глазури. После чистки керамику выливают, окунают или наносят щеткой на суспензии компонентов глазури в воде (фритта, порошок, растворенный в воде). Контактные поверхности остаются свободными, чтобы предотвратить их слияние со встроенными духовками.

В случае плавного обжига глазурь плавится и ее компоненты соединяются друг с другом и с битым стеклом. Стекловидные смешанные оксиды образуются.

Если коэффициент расширения слоя глазури больше, чем у основного материала, могут образоваться трещины. Эти трещины иногда распознаются и используются как элементы дизайна (craquelé). В противном случае, когда натяжение слоя глазури выше, то есть слой глазури находится под постоянным напряжением сжатия, прочность увеличивается, что также может быть желательным в зависимости от применения.

эволюция
Поскольку у лакокрасочного лака коэффициент расширения больше, чем у самой терракоты (приготовленная грязь), могут появиться небольшие трещины, которые могли бы фильтровать жидкости, содержащиеся в контейнере, что во многих случаях приводит к тому, что пища, введенная в глазированные сосуды, начинает образовывать соли свинца очень ядовито В девятнадцатом веке было обнаружено, что остекление может быть сделано без свинца и без сопутствующей опасности, будучи заменено полевым шпатом.

Токсичность, экотоксичность, сертификация
Если глазури (в смысле какого-либо «вещества, нанесенного на поверхность плитки между формованием и конечной стадией обжига плитки») содержат свинец, кадмий или сурьму (или одно из их соединений), для получения Европейская Ecolabel, глазури не должны содержать больше, чем:

0,5% от их массы свинца
0,1% их массы в кадмии
0,25% их массы в сурьме

Типы глазурей
Существует несколько типов глазурей в зависимости от используемых флюсов:

щелочные глазури – с солями натрия, калия или лития;
борная глазурь – борная кислота (температура плавления 600 ° С);
свинцовые глазури – оксид свинца. Alquifoux, глазурь на основе сульфида свинца, использовавшаяся на юге Франции вплоть до частичного запрета в 1950-х годах, давала зеленые или желтые лакированные цвета, типичные для провансальского производства. Свинцовые глазури почти не используются из-за их токсичности;
Бристольская глазурь – с оксидом цинка. Менее токсичны, чем предыдущие, они постепенно вытесняют их.
Существует множество рецептов остекления для получения различных текстур (матовых, блестящих, шероховатых) или более или менее плотного покрытия (непрозрачных, полупрозрачных).

серовато-зеленый
Селадон относится как к цвету, так и к типу керамики, уникальной для Китая (китайский язык: qingci 青瓷, буквально «зеленый фарфор») и Дальнего Востока. Эта эмаль имеет голубовато-оливковый оттенок и характерна для особенно востребованного производства древней китайской керамики.

Пример этой высокотемпературной эмали получают, по сокращению, по рецепту такого типа:

Полевой шпат: 40%
Кремнезем: 30%
Мел (карбонат кальция): 20%
Каолин: 10%

По желанию можно добавить 5% (дополнительно) талька и 1% охры или оксида железа.

Тенмоку
Черная японская эмаль с коричневыми пятнами гласит «серна», эта эмаль получается по следующему рецепту:

Полевой шпат: 45%
Мел: 12%
Ball Clay: 5%
Кремнезем: 36%
Бентонит: 2%
Красный оксид железа (гематит): + 8%

Шино
Есть много разных блесков. Они обычно напоминают толстое, непрозрачное матовое стекло от белого до оранжевого или коричневого цвета. Два рецепта Шино:

Сифитовый нефелин: 70%
Каолин: 30%
Соль: + 3%

Нефелиновый сиенит: 80%
Каолин: 20%
Соль: + 3%

Пепельные эмали

«Кремовая» пепельная эмаль:
Полевой шпат: 38%
Древесная зола: 31%
Мел: 23%
Кремнезем: 8%

Пепельно-зеленая эмаль:
Полевой шпат: 18%
Древесная зола: 46%
Шариковая глина: 27%
Каолин: 9%
Карбонат меди: + 3%

Пепельно-голубая эмаль:
Полевой шпат: 38%
Древесная зола: 31%
Мел: 25%
Кремнезем: 6%
Оксид кобальта: + 1%

Воздействие на окружающую среду
По состоянию на 2012 год в Соединенных Штатах было зарегистрировано более 650 предприятий по производству керамики, и, вероятно, еще больше в развитых и развивающихся странах. Плитка для пола, настенная плитка, сантехника, аксессуары для ванной комнаты, кухонные принадлежности и посуда – все это потенциальные керамические продукты, доступные для потребителей. Тяжелые металлы – это плотные металлы, используемые в глазури для придания определенного цвета или текстуры. Глазурные компоненты с большей вероятностью вымываются в окружающую среду, когда не подвергнутые вторичной переработке керамические изделия подвергаются воздействию теплой или кислой воды. Выщелачивание тяжелых металлов происходит, когда керамические изделия остеклены неправильно или повреждены. Свинец и хром являются двумя тяжелыми металлами, обычно используемыми в керамических глазурах, которые тщательно контролируются государственными органами в связи с их токсичностью и способностью к биоаккумуляции.

Металлооксидная химия
Металлы, используемые в керамической глазури, обычно находятся в форме оксидов металлов.

Свинец (II) оксид
Производители керамики в основном используют оксид свинца (II) (PbO) в качестве флюса из-за его низкого диапазона плавления, широкого диапазона обжига, низкого поверхностного натяжения, высокого показателя преломления и устойчивости к девитрификации.

В загрязненных средах диоксид азота реагирует с водой (H2O) с образованием азотистой кислоты (HNO2) и азотной кислоты (HNO3).

H2O + 2NO2 → HNO2 + HNO3

Растворимый нитрат свинца (II) (Pb (NO3) 2) образуется, когда оксид свинца (II) (PbO) из свинцовых глазурей подвергается воздействию азотной кислоты (HNO3)

PbO + 2HNO3 → Pb (NO3) 2 + H2O

Поскольку воздействие свинца тесно связано с целым рядом проблем со здоровьем, которые в совокупности называют отравлением свинцом, утилизация свинцового стекла (главным образом в форме выброшенных ЭЛТ-дисплеев) и керамики, остекленной свинцом, подлежит регулированию токсичными отходами.

Оксид хрома (III)
Оксид хрома (III) (Cr2O3) используется в качестве красителя в керамической глазури. Оксид хрома (III) может вступать в реакцию с оксидом кальция (CaO) и кислородом воздуха при температурах, достигаемых в печи, с образованием хромата кальция (CaCrO4). Реакция окисления изменяет хром от его степени окисления +3 до его степени окисления +6. Хром (VI) очень растворим и является наиболее мобильным из всех других стабильных форм хрома.

Cr2O3 + 2CaO + 3⁄2O2 → CaCrO4

Хром может попасть в водные системы через промышленные стоки. Хром (VI) может напрямую попадать в окружающую среду, или окислители, присутствующие в почвах, могут реагировать с хромом (III) с образованием хрома (VI). Растения имеют уменьшенное количество хлорофилла при выращивании в присутствии хрома (VI).

профилактика
Окисление хрома в процессе производства может быть уменьшено за счет введения соединений, которые связываются с кальцием. Керамическая промышленность неохотно использует свинцовые альтернативы, поскольку свинцовая глазурь обеспечивает изделиям блестящий блеск и гладкую поверхность. Агентство США по охране окружающей среды экспериментировало с двойной глазурью, альтернативой барию свинцу, но им не удалось достичь того же оптического эффекта, что и у свинцовых глазурей.