Jakie procesy zachodzą podczas wypału?

Sytuacja znana każdemu z nas. Nasz małe dzieło wyschło na tyle, że postanowiliśmy je wsadzić do pieca i zapoczątkować serie wypałów. Zamknęliśmy pokrywę i ustawiliśmy program. Tyle i kropka. Za kilka godzin wrócimy i wyciągniemy wypieczone przedmioty. Wszystko pięknie i ładnie, ale co właściwie się stało? Tzn. w piecu, a nie z wami, nie wiem co robiliście przez ten czas i nie wiem, czy to jest istotne w tym artykule. Chodzi mi tylko i wyłącznie, jakie procesy zaszły w piecu, co zmieniło się w masie ceramicznej, że przed chwilą była krucha a teraz jest solidna.

Jeżeli zapoznasz się z przemianami masy ceramicznej wywołanymi temperaturą, zrozumiesz jak prawidłowo ustawiać programy i segmenty wypału w swoim piecu. To jest przydatna wiedza, która może uchronić cię przed niepotrzebnymi stratami.

A teraz krok po kroczku…

100˚C – to pierwszy ważny etap, jak zapewne wiecie, jest to punkt w którym woda zmienia swój stan, z ciekłego w gazowy. W temperaturze 100˚C następuje uwalnianie wody z masy ceramicznej w postaci pary. To jeden z kluczowych i bardzo, ale to bardzo ważnych momentów. Jeżeli skok temperaturowy będzie za szybki, dynamiczny przyrost pary rozsadzi naczynie. Cały system działa mniej więcej tak, jeżeli temperatura wzrasta powoli, woda przemieni się w parę, tego nie zatrzymamy, jednak, przyrost pary będzie na tyle powolny (czytaj: ciśnienie tworzące się wewnątrz przedmiotu), że pory w masie ceramicznej spokojnie przepuszczą parę, bez uszkodzenia przedmiotu.

200˚C – w tych okolicach spalają się organiczne dodatki, takie jak trawa, papier itd. Nie mówię, że ktoś celowo dodaje trawę do masy ceramicznej, jednak, czasem się zdarzy, to taki bonus produkcyjny. Temperatura 200˚C eliminuje większość tego rodzaju zanieczyszczeń.

350˚C – 550˚C – to jest ciekawy zakres, spotkałem kilka rozbieżności co do tego przedziału, więc nie zdziwcie się, jak gdzieś będą podane inne liczby. Osobiście staram się opierać na słowach doświadczonych ceramików, lub na naukowych czasopismach. Od 350˚C do 550˚C następuje proces wypalenia wody, tzn. wyzbycia się wody z przedmiotu. No wiecie… wyparowania. Wiem, że było o tym mowa wcześniej, jednak tu odbywa się coś niby takiego samego, ale innego. W pierwszym etapie mówiliśmy o uwolnieniu wody, która łączy cząsteczki gliny oraz innych związków dodanych podczas tworzenia masy ceramicznej. Woda w tym ujęciu ma za zadanie łączyć cząsteczki, taki jakby kleić je. Od 350˚C do 550˚C patrzymy na uwalnianie się wody, która jest częścią struktury molekularnej gliny. Zobacz na ten wzór: Al2O3 2SiO2 2H2O – to jest formuła chemiczna gliny, widzicie tam wodę? H2O? No to przy 550˚C już jej nie zobaczycie w tym wzorze. Jeżeli przekroczymy ten punkt, to już nie ma odwrotu. Nie będziesz w stanie odzyskać gliny, poprzez ponowne namoczenie jej, jak to ma miejsce podczas recyklingu niewypalonej masy ceramicznej. Kolejna wiadomość to taka, że na tym etapie nie dochodzi jeszcze do kurczenia się masy ceramicznej.

573˚C – kolejny poważny punkt na naszej temperaturowej skali. Spotkałem się z określeniem, że największe bu bu w piecu może zrobić się prze 100˚C i 600˚C. To prawda, w pierwszym wypadku może rozsadzić naczynie, a w drugim pęknąć. Co się dzieje przy 573˚C? Pamiętacie wzór Al2O3 2SiO2 2H2O? Spójrzcie na SiO2 – to jest kwarc. Kwarc jest teraz tutaj bohaterem. Magiczny punkt 573˚C to moment w którym następuje inwersja kwarcu, tzn. przemienia się… Ok, jeszcze prostszym językiem, kwarc zawarty w glinie, jak zobaczy 573˚C na zegarze, to zaczyna się zmieniać, a jego zmiana sprawia, że zwiększa się o około 1%. Dlatego to jest taki ważny i niebezpieczny punkt. Nasz przedmiot w piecu nie to, że jest już wysuszony, to jeszcze się nadyma. Jeżeli ogrzanie, lub schłodzeni nastąpi za szybko, to może nastąpić pękanie.

700˚C – 900˚C – to taki spokojny spacerek w piecu, nie dzieje się tam nic specjalnego. Jest to zakres temperaturowy, w którym materia organiczna i nieorganiczna zostaje spalona i utleniona do dwutlenku węgla, fluoru i dwutlenku siarki. Zapewne w tym momencie poczujecie drażniący zapach… To jest właśnie efekt utleniania. Jeżeli czujecie ta nieprzyjemną woń, to uciekajcie, gdyż te opary są niebezpieczne. Pamiętajcie, aby nie znajdować się w jednym pomieszczeniu z działającym piecem, a jak już to robicie, to niech pomieszczenie będzie bardzo dobrze wentylowane.

900˚C – niczym magiczny punkt zwany wypałem na biskwit, w tym momencie kończymy wypał (zaraz mi ktoś wyskoczy, że nie zawsze, że można wypalać na raz itd. Tak wiem, ale luz człowieku, to są słowa wprowadzenia, takie podstawy, a nie super ekstra zaawansowane techniki wypału). Jest to bowiem moment w którym nasza glina niejako „scementowała się”. Cząsteczki gliny spiekły się oraz połączyły wzajemnie. Konstrukcja jest już na tyle mocna, że można nią swobodnie operować. Widać już lekki skurcz, który nastąpił, jest to wynik przemian, które zaszły podczas wypału. Zazwyczaj przedmioty zostają poddane szkliwieniu i wypalane ponownie na tzw. ostro.

900˚C i powyżej. Tutaj zachodzi wiele procesów, które można nazwać tak ładnie szkliwienie się masy ceramicznej. Powyżej 900˚C glina zaczyna się kurczyć i zeszkliwiać. Krzemionka (dwutlenek krzemu), zaczyna się topić, tym samym wypełnia przestrzeń pomiędzy cząsteczkami gliny i je spaja. Teraz nasz glina awansowała na nową nazwę, metakaolin. Kryształy zawarte w masie ceramicznej stopniowa zaczynają się łamać i łączyć ze sobą. To co było stałe, teraz zaczyna nabierać innego kształtu i charakteru. Glina nabiera siły i twardości. Coś jak lawa, najpierw wodnista, a później jako ciało stałe. Tutaj mamy prawie to samo, tylko w odwrotnej kolejności.

1100˚C i powyżej. Krzemionka (dwutlenek krzemu) zmienia się w krystobalit. Napisałem o tym, gdyż utworzony krystobalit jeszcze nas podenerwuje trochę, ale nie podczas nagrzania, on lubi się odezwać jak chłodzimy.

1150˚C – tutaj niskowypałowe gliny parkują, dalsze wypalanie może okazać się niebezpieczne dla samego naczynia jak i pieca.

1300˚C – tutaj parkują wysokowypałowe gliny, dalej nie jest wskazane.

1400˚C – do tej temperatury dochodzi porcelana. Jej skład chemiczny pozwala na tego rodzaju podróże.

Zresztą, nie widziałem za wiele pieców, które pozwoliłyby osiągnąć ten punkt.

1750˚C – czysty kaolin zaczyna się topić. Taka ciekawostka.

Pamiętacie jak pisałem o tym, że glina zamienia się w krystobalit? Więc ten nowy twór lubi się gwałtownie skurczyć w temperaturze 226˚C. Drastyczna zmiana objętości o około 3% może doprowadzić do pęknięć. Jeżeli proces chłodzenia przebiega miarowo, to prawdopodobieństwo pęknięć zostaje zminimalizowane. Chyba, że twoja ciekawość weźmie górę i otworzysz piec, aby zobaczyć jak przebiegł wypał. Nagła zmiana temperatury może doprowadzić do szoku termicznego, co owocuje w liczne pęknięcia. Zaleca się nie otwierać pieca jeżeli temperatura jest powyżej 100˚C, oczywiście to wszystko zależy od rodzaju masy ceramicznej. Raku otwiera się przy 900˚C i jest dobrze, zaś innym razem jak pracowałem z gliną niskowypałową to strzeliła przy 80˚C. Nic tylko testować…

Jeżeli chcesz taki ładny PDF do swojej pracowni, to kliknij tutaj, aby pobrać

Co się dzieje w piecu ceramicznym podczas wypału?

Jakie procesy zachodzą podczas wypału?

A teraz krok po kroczku…