1 de abril 2025, TIERRA Sellada
Hola amig@s continuamos con las transformaciones que ocurren con las piezas cerámicas en el horno, hoy ya estaremos trabajando a más temperatura!
En el anterior post, nos habíamos quedado a 900°C, después de esta temperatura marcaremos las siguientes fases:
※900-1000°C temperatura aproximada de bizcocho (cerámica porosa no vitrificada), comienza el proceso de sinterización que lo explicamos más adelante a detalle.
※1050-1100°C, a esta temperatura se comienza a formar la mullita, de la cual ya habíamos hablado antes, cuando el caolín se transformó en metacaolín. También podemos decir que en este momento la matriz vítrea ha comenzado a volverse más líquida, se produce cerámica densa pero aún porosa.
※1200-1300, se produce una vitrificación total de la pieza cerámica, la matriz vítrea sella completamente los poros, la pieza cerámica se vuelve impermeable y translúcida en el caso de la porcelana. Si este rango de temperatura se mantiene de 3 a 4 hora se produce cristobalita a partir de la sílice libre o expulsada. La cristobalita tiene una alta tasa de contracción y expansión por lo que si se mantiene mucho tiempo la temperatura en este rango de cocción se formará demasiada de esta. Además, esta es acumulativa, es decir, si volvemos a cocer la pieza a esta temperatura esta podría descascararse ya sea en el proceso de enfriamiento o en el uso habitual. Para reducir la producción de cristobalita algun@s autor@s recomiendan reducir la sílice libre, ya sea a través de rampas más rápidas a estas temperaturas o con el uso del 20% de fundente en la pasta.
Sinterización y Fase vítrea
Ciertamente muchos de los fenómenos que hemos comentado anteriormente pueden darse a la par. Sin embargo, entraremos en una etapa en la cual es necesario que todos los gases hayan salido por completo de la pieza cerámica, porque en caso contrario afectarían a su microestructura, generando grietas e hinchazón en el material. Es por ello que, como hemos explicado hasta este momento es necesario diseñar rampas de cocción lentas que nos ayuden a cumplir nuestros objetivos.
En este sentido, una vez que se ha concluido la evacuación de gases, inicia el proceso más bello, la sinterización (a partir de los 900 °C). La sinterización es un proceso en el cual se unen las partículas de arcilla a través de “puentes” que se generan por el intercambio de átomos e iones entre partículas <difusión atómica[1], ocasionada por la energía térmica>. Este proceso densifica el cuerpo, es decir, consolida la pieza cerámica transformándola en un cuerpo duro y denso.
[1] La difusión atómica, es un proceso que se origina a partir del calor, es decir, en un inicio los átomos se hallan sujetos a una estructura cristalina de la que forman parte. Pero hay un momento en que el calor llega a un punto de energía de activación, entonces el retículo se deforma y los átomos comienzan a vibrar. De ahí que, cuando esta vibración es más fuerte que la unión molecular, el enlace se rompe y el átomo es liberado y comienza la difusión.
Sin embargo, existen varios grados de sinterización que dependerán de la pasta cerámica con la que estemos trabajando (por sus componentes, así como la granulometría, mientras más finos sean, mayor superficie de contacto) y en consecuencia de la atmósfera del horno, temperatura, y velocidad de calentamiento. No olvidemos que la temperatura de maduración de una pasta cerámica es aquella en donde se logra alcanzar la sinterización (dureza y densidad) máxima posible, pero sin que la pieza llegue a deformarse. Cabe mencionar que, es posible alcanzar cierta dureza y densidad sin que la sinterización haya pasado por todas sus fases. De ahí que solo en cerámicas técnicas avanzadas y cerámicas translúcidas se llegará a sinterizar por completo, ya que las elevadas temperaturas y tiempos prolongados son determinantes por el costo energético y económico. A este punto se preguntarán ¿esos espacios que quedan entre partículas que no han llegado a la fase final con que se llenan? pues bien, con la fase vítrea que en la mayoría de pastas cerámicas contribuye a acelerar la sinterización.
Aunque es cierto que la fase vítrea llega a conformarse a altas temperaturas a partir de los 1100°C en adelante, también no es menos cierto que esta comienza a conformarse desde los 500 y 600°C cuando el agua química se evapora, entonces el retículo cristalino se desmorona y comienza una fusión de ciertos elementos (como sílice y fundentes que conforman una matriz amorfa no cristalina) que a medida que sube la temperatura va pasando de pastosa a líquida y que funciona como una especie de “peguita” que rellena los poros y une las partículas.
Se que es complejo esto, pero no debemos confundir entre sinterización y fase vítrea ya que son complementarios en algunos casos, pero no iguales. Decimos en algunos casos, porque es posible la sinterización sin la presencia de la fase vítrea, este es el caso de cerámicas técnicas y cerámicas refractarias, donde se busca elementos porosos o semiporosos, como es el caso de los ladrillos refractarios de nuestro hornito. No así en piezas como gres o porcelana, donde el objetivo es crear una pieza impermeable y de alta densidad, entonces la fase vítrea en este caso juega un papel importante como relleno y pegamento entre partículas, así como facilitador de la difusión atómica.
Una vez que hemos concluido la cocción de las piezas cerámicas nos queda enfriar el horno: de 1300-1000°C, debe hacerse un enfriamiento rápido para evitar la formación de cristobalita. Además, se debe tener especial cuidado entre los 600 y 200 °C y hacerlo lentamente para evitar las tensiones térmicas provocadas por el retorno del quarzo a su forma alpha y el de la cristobalita también.
Ahora vamos con las transformaciones en el recubrimiento
Querid@s amig@s para no hacer más extenso este post quiero mencionarles que en el esmalte suceden casi casi las mismas cosas, con ligeras diferencias:
- 25-200°C, eliminación del agua física, hacerlo lentamente para no causar burbujas
- 200-400 °C, en esta etapa se produce la quema de ligantes orgánicos como el CMC, goma arábiga, etc.
- 1450-600°C, se elimina el agua química de elementos como gerstley borate, colemanita y ulexita. En esta etapa se debe ir muy lentamente ya que el agua química contenida en minerales naturales del boro debe ser eliminada, y si se lo hace rápido puede causar “reptación”, es decir el esmalte se enrosca sobre si mismo y no se une a la arcilla.
- 400-900°C, se produce la oxidación de metales Fe, Mn, Cu, y eliminación del carbono residual producido por los ligantes orgánicos.
- 573°C, cambio del quarzo de alpha a beta.
- 600-1000°C, liberación de gases como CO2 y SO3, estos pueden crear ampollas en los esmaltes si el horno no está ventilado correctamente en esta etapa y va demasiado rápido.
- 900-1200°C, en este rango de temperatura los fundentes que componen el esmalte comienzan a disolverse y crean una fase vítrea en conjunto con la alúmina y la sílice. Se debe poner especial atención en cuanto a la maduración del esmalte, éste desde luego dependerá para que temperatura está formulado ya sea de baja, media o alta.
Al igual que en el cuerpo cerámico, tendremos especial cuidado en el enfriamiento del recubrimiento especialmente entre los 600 y 300°C para evitar tensiones térmicas con posibles craqueladuras.
A manera de conclusión podríamos decir:
Evaporación de agua ✓
La salida lenta y en atmósfera oxidante de las diferentes formas de agua de la pieza cerámica son determinantes al momento de evitar grietas o explosiones.
Quarzo y cristobalita ✓
En las primeras fases de la cocción existen importantes transformaciones en las piezas cerámicas como el cambio de cristobalita y quarzo de alpha a betha, creación de metacaolín, inicios de fase vítrea, etc, por ello es importante ir despacio en esta etapa de la cocción para evitar cualquier accidente en nuestros cuerpos cerámicos.
Sulfuros y carbonatos ✓
La evacuación de carbonatos y sulfuros también resulta importante para evitar ciertos defectos en las piezas ya sea como el corazón negro o las eflorescencias..
Sinterización y fase vítrea ✓
La sinterización y la fase vítrea son complementarias, pero no iguales. Ya que se pueden crear piezas sinterizadas sin fase vítrea.
Enfriamiento ✓
Al momento de enfriar el horno se deben también tomar en cuenta ciertos aspecto: de 1300 a 1000 °C hacerlo rápido para evitar la creación excesiva de cristobalita, tener especial cuidado a los 600 y 200°C ir lento, por las transformaciones de quarzo y cristobalita respectivamente..
Y bueno querid@s amig@s ha sido todo por el día de hoy, espero esta información haya sido útil y de alguna manera nos ayude a evitar algunos dolores de cabeza.
Bibliografía:
Britt John, the complete guide to high fire glazes
Grupo de trabajo 411. Análisis y descripción gráfica del funcionamiento de los hornos cerámicos
Deepseek
Xavier Castells. Generalidades sobre la cocción
https://artesceramicas.com/2023/10/11/sinterizacion/
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