Cookies

Tento web používá k poskytování služeb a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte.

V pořádku Více informací

Aplastika I

Skrytý řád keramických hmot

Na začátku každé učebnice materiálů pro první ročník keramických oborů stojí zhruba takováto věta: „Keramická hmota se nejčastěji skládá z plastické složky, z ostřiva a vody.“ Seznamme se tedy trošku blíž s jedním ze tří pilířů hlinařských receptur – s ostřivem.

Aplastika

Možná než mluvit o ostřivech, je vhodnější použít obecnější výraz neplastické suroviny neboli aplastika. Pro jejich naprostou nezastupitelnost si zaslouží mnohem větší pozornost, než je jim mezi drobnými tvůrci běžně věnována. Ohromnou měrou ovlivňují veškerou technologii, ale významně určují také výtvarnou stránku i konečné užitné vlastnosti keramických výrobků.

Úloha aplastik

Neplastické suroviny proměňují vlastnosti keramických směsí v závislosti na svém obsahu, granulometrickém složení, tvaru částic, vlastnostech materiálu a na způsobu zpracování směsi.

  • V plastickém stavu ovlivňují tvarovací vlhkost směsi nebo tzv. rozdělávací vodu, ztekutitelnost, plastičnost, zpracovatelnost a plastickou pevnost.
  •  Při sušení ovlivňují smrštění, zpracovatelnost, kritickou vlhkost a mechanickou pevnost během sušení i po vysušení.
  • Při výpalu ovlivňují chemické a fyzikální vlastnosti keramického materiálu, smrštění pálením, pórovitost, rychlost slinování, optimální teplotu výpalu, reakce s glazurami, engobami a dekoracemi.
  • Po výpalu ovlivňují zejména mechanické vlastnosti keramického materiálu, charakter jeho mikrostruktury a další fyzikální vlastnosti. Zásadně určují estetiku výrobku.

Ostřivo ve hmotě
Ostřivo ve hmotě
Aplastika mají zásadní vliv na technologii, estetiku i užitné vlastnosti keramiky
Zdroj: Digitalfire
Dostupné z: https://s3-us-west-2.amazonaws.com/reference/images/glossary/buhsyvefib.jpg

Aplastika je možné rozdělit na ostřiva, taviva, lehčiva a barviva. Jak se ukáže později, je celkem běžné, že neplastická surovina jednoho druhu může zasahovat do dvou i více uvedených skupin. I přes velikou rozmanitost druhů a jejich možného chování mají společné to, že snižují plasticitu těsta, usnadňují sušení a odchod plynů a par v počáteční fázi výpalu.

Vzájemným mícháním různých druhů aplastik získáme ohromné množství kombinací.

Důležitou otázkou je poměr aplastik vůči základním jílům. I v tomto případě se jedná o věc technologie, estetiky a konečných užitných vlastností. Limitující je pro nás vaznost jílů. Tedy jejich schopnost udržet určitou pevnost a soudržnost v plastickém stavu, která klesá s množstvím aplastik. Souvisí s plasticitou jílu, vlhkostí a dobou odležení hmoty. Jinak řečeno, neplastické složky lze přidávat až do okamžiku rozpadání směsi při vytváření.

Samotné čisté jíly jsou v ateliérové keramice až na výjimky neupotřebitelné. Obsah neplastických složek hraje naprosto zásadní roli. I zdánlivě jemné hmoty se z části skládají z aplastik. A to buď z uměle přidaných anebo přirozených.

Přirozená aplastika

Do této skupiny patří nejílové horniny a minerály, nejčastěji křemen, živce, oxidy a hydroxidy železa, slídy, kalcit, dolomit, sádrovec, pyrit, některé organické příměsi a další. Tyto neplastické složky mohou být obsažené v různých vzájemných kombinacích a poukazují na podmínky vzniku jílů, ve kterých se nacházejí. Vyskytují se v různých frakcích, ale většinou nad 0,001 mm. Současní průmysloví producenti keramických hmot nezřídka považují přirozená aplastika za nečistoty, takže se jich zbavují sítováním, plavením, magnety atd., případně je i s jílem rozemílají. Drobní výrobci se jich nemusí vždy zříkat a mohou je použít ve svůj prospěch. Taková hmota zůstává plná zrnek různých vlastností, což se projeví na živosti konečného výsledku.

Nečistoty ve hmotě
Nečistoty ve hmotě
Železité vyvřeliny vznikají pouze při vysokých teplotách

Uměle přidaná aplastika

V tomto případě hovoříme o veškerých neplastických složkách vnesených do hmot lidskou činností. Jedná se o přírodní minerály, horniny i organické složky. Často ale přidáváme např. pálená ostřiva, frity nebo barvicí sloučeniny, tedy produkty vyrobené člověkem. Zde dostáváme do rukou důležitý nástroj pro ovlivnění veškerých technologií i chování a vzhledu hotového výrobku.

Příklad uměle přidaných aplastik umělého původu
Příklad uměle přidaných aplastik umělého původu
Kathleen Standen

Ostřiva

Od ostřiv se očekává, že sníží plasticitu těsta. S jejich obsahem klesá smrštění sušením a pálením. Snižují tedy i citlivost k sušení. Zároveň se však snižuje pevnost za sucha. Kolem zrn ostřiva snáze do hmoty proniká voda, takže např. rychleji měkne během točení na kruhu, ale na druhou stranu se lépe rozplavuje, což oceníme třeba při výrobě engob, šlikru nebo licí břečky. Během výpalu mají za úkol vytvořit jakousi vnitřní kostru, která zabraňuje deformacím v pyroplastickém stavu. Oproti tavivům tedy vyžadujeme, aby ostřivo nepřispívalo k měknutí hmoty. Důležitý je tvar a povrch zrn. Ostrohranná a hrubá zrnka mají oproti zakulaceným tu výhodu, že po sobě méně kloužou, takže vzniká kostra pevnější. S tím souvisí i granulometrické složení, tedy rozsah frakcí a jejich vzájemné poměry. Z hlediska stability při výpalu bude vždy výhodnější více velikostí zrna než tříděné zrno jedné velikosti. Ideálně by mezery mezi velikými zrny měly vyplňovat zrna menší a mezery mezi těmito menšími zrny ještě menší. Větší frakce v plastických a/nebo slinujících hmotách často vystupují nad povrch vlivem smršťování okolních jílů, což významně ovlivňuje estetiku povrchu i reakci glazur. V extrémním případě může jílová matrix kolem velkého zrna i paprskovitě popraskat. Tento efekt bývá celkem běžně k vidění na pravěké keramice. Japonci jej používají zcela záměrně a nazývají jej ishihaze.

Křemen

Často se nachází v jílech jako jejich přirozená součást, nebo je možné jej dodatečně přidat. V keramických hmotách se uplatňuje drcený žilný křemen, pazourek, křemenec, pískovec nebo čistý sklářský písek, ale v zásadě se jedná o SiO2. V ateliérové tvorbě můžeme pracovat i s velmi znečištěnými křemičitými složkami.

Křemičitý písek
Křemičitý písek
Velmi čistý křemičitý písek pro nejnáročnější použití
Dostupné z: https://5.imimg.com/data5/AC/XI/MY-2573455/quartz-grits-1-2-2-5-mm-500x500.jpg

Křemičitý písek
Křemičitý písek
Pro rustikální výraz můžeme jako ostřivo použít i značně znečištěnou křemičitou surovinu.
Dostupné z: http://lh3.googleusercontent.com/-OsWOaAxFRsQ/UTeSgDPAMzI/AAAAAAAAGb0/DxpcoaRos-Q/s720/Macro-photo-example.jpg

Velikou nevýhodou křemičitých ostřiv je změna objemu během ohřevu a chlazení. Tyto objemové změny jsou způsobeny změnami krystalové struktury a pozorujeme je při různých teplotách. Nejvíce se nás dotýkají teploty při ohřevu a chlazení 573 °C a během chlazení 270 °C a 180 °C, resp. 117 °C a 163 °C. Mnoho vad vzniká právě zde. Bývá to např. krakelování glazur nebo praskání střepu. Kromě objemových změn krystalů křemene se u krakelování také uplatňuje teplotní roztažnost jako taková. Důležitá je i samotná velikost zrn. Ta větší mohou v důsledku změny objemu popraskat, takže i jinak slinutá hmota může spojitými prasklinami v zrnech nebo okolo nich propouštět kapaliny. Křemičité ostřivo nelze doporučit všude tam, kde očekáváme rychlé teplotní změny (raku, varné nádobí, většina pálicích pomůcek).

Mezi pozitiva řadíme značnou žáruvzdornost, která přesahuje 1650 °C. Spolu s tavivy naopak vytváří v hmotě sklovinu, což přispívá ke slinování. Slinuté křemičité hmoty jsou velice tvrdé, chemicky odolné a díky hutné struktuře skvěle vyhovují pro stolní a mrazuvzdornou keramiku. Jedním příkladem za všechny je třeba porcelán. Podobné kompozice jsou vhodné pro solnou glazuru a ochotně reagují s parami a popelovými nálety v dřevopecích. Do pecí na dřevo se hodí wadding z hrubozrnného křemene.

Křemičité hmoty obecně hůře přijímají uhlík při redukčních výpalech a zakuřování i při pálení technikou amerického raku. U slinutějších hmot můžeme očekávat větší sklony ke stékání glazur.

Šamot

Jako šamot označujeme pálená jílová hlinitokřemičitá ostřiva. Za velmi kvalitní je považován kalcinovaný kaolin, drcený a mletý na požadovanou velikost zrn. Za syrova obsahuje max. 39,7 % Al2O3 a má žáruvzdornost do 36 ž, tedy 1790 °C.

V této skupině se nacházejí i pálené jílovce neboli lupky. Jsou to vrstevnaté částečně zpevněné jíly tvořící přechod mezi jíly a břidlicemi a často s obsahem přimísenin organického původu. Těží se povrchově i hlubinně. Mohou být ještě žáruvzdornější než kaolin. Jakostní suroviny z Janůvek na Moravě s 42,7 % Al2O3 dosahují žáruvzdornost 37 ž, což se rovná 1815 °C. Výpal lupků probíhá v rotačních nebo šachtových pecích na teplotu okolo 1200 °C. Při vysokém obsahu spalitelných látek se kalcinace provádí i v milířích. Proces trvá až 6 měsíců s dlouhodobou výdrží na 1000 °C. Na evropském kontinentu se významná ložiska této cenné horniny nalézají pouze ve střední Evropě, např. Rakovník, Nové Strašecí, Velké Opatovice, Moravská Třebová, Nová Ruda v Polsku.

Pálený lupek
Pálený lupek
Lupek pálený v milířích tvoří poměrně velké shluky. Po výpalu následuje drcení a mletí.
Zdroj: Hornický spolek
Dostupné z: https://www.hornickyspolek-straz.cz/inpage/na-dole-rako/

Mezi pálená jílová aplastika, tedy šamoty, řadíme také mleté keramické střepy. Běžně se využívá výmět z vlastní výroby nebo odpadní porcelán, či pálící pouzdra. Za šamot považujeme i drť z červených cihel. Zde se však oproti předcházejícím materiálům mění chování při vysokých teplotách, neboť antuka nebo mleté nežáruvzdorné střepy ztrácí při vysokých teplotách rychle pevnost, takže dochází k neschopnosti tvořit pevnou vnitřní kostru. Taková situace nastává v případě, že se přiblíží teplota výpalu hmoty k teplotě měknutí v ní obsaženého ostřiva. Zrno s vysokým podílem taviv pocházející z nízkoteplotních technologií přebírá při vyšších teplotách tavící funkci. Typickým příkladem může být např. antuka v porcelánové hmotě. Podobně jako u výše uvedených aplastik můžeme s úspěchem využívat rozmanité barvy suroviny, čímž rozšíříme paletu výtvarných možností.

Využití antuky jako aplastika
Využití antuky jako aplastika
Antuka se za nízkých teplot chová jako ostřivo, ale při vyšších teplotách přebírá funkci tzv. základního taviva.
Dostupné z: http://techneandpoiesis.blogspot.com/2012/07/grog.html

U šamotů se hodnotí nasákavost, žáruvzdornost, obsah Al2O3, SiO2, Fe2O3, TiO2, (Ca,MgO)O a (K,Na)2O. Pro potřeby drobných keramiků lze využít všechny dostupné šamoty. Druh a jakost se projevuje technologicky, ale velikou měrou i výtvarně. Ménějakostní surovina se ve vysokopálených hmotách projevuje různými vytaveninami železitých nečistot. V čistých plochách to znamená vážný problém, ale u těch rustikálních vyvřeliny dotvářejí živost a navíc zajímavě reagují s glazurami. Obzvlášť méně slinuté šamoty oproti křemenu dobře přijímají uhlík obsažený v pecní atmosféře, ale ve větším zastoupení zhoršují nepropustnost pro kapaliny. Pro zcela nenasákavý střep je vhodné volit hutné šamoty. Hlinitokřemičitá báze nezpůsobuje takové obtíže s dilatací jako křemičitá, takže se s výhodou využívá pro výrobky mírně namáhané rychlými a častými změnami teplot.

Podle žáruvzdornosti se šamot dělí na:

  • Nežáruvzdorný, má-li méně než 26 ž (1560 °C)
  • Nízce žáruvzdorný, má-li 26-30 ž (1560-1655 °C)
  • Středně žáruvzdorný, má-li 31-33 ž (1680-1710 °C)
  • Vysoce žáruvzdorný, má-li 34-36 ž (1725-1790 °C)
  • Zvlášť vysoce žáruvzdorný, nad 36 ž (1790 °C)

Podle obsahu Al2O3 po výpalu na:

  • Kyselý
  • Nízce zásaditý pod 34,8 % Al2O3
  • Středně zásaditý 34,8-41,8 % Al2O3
  • Vysoce zásaditý 41,8-45,87 % Al2O3
  • Zvlášť vysoce zásaditý nad 45,87 % Al2O3

Podle hutnosti:

  • Zvlášť průlinčivý s nasákavostí nad 15 %
  • Normální s nasákavostí 15-5 %
  • Hutný s nasákavostí 5-1 %
  • Zvlášť hutný s nasákavostí 1 %
  • Slinutý až skelný s nasákavostí 0 %

Grafit

Tuha neboli grafit je s teplotou tání okolo 3000 °C vysoce žáruvzdorné ostřivo používané především ve výrobě tavících kelímků. Je netečný ke změnám teplot, takže dává vzniknout výrobkům odolným teplotním šokům (v historii pro varné nádobí). Díky své nevelké pevnosti významně snižuje pevnost konečného produktu. Trochu problematickým jej činí skutečnost, že i po výpalu černě špiní. Řešením by mělo být použití silnější vrstvy krycí engoby. Pokud vás zaujala grafitová keramika, musíte po celou dobu výpalu zaručit silně redukční atmosféru, jinak ostřivo vyhoří a zanechá železitou pórovitou strukturu. Ideální je tedy výpal v milíři nebo v tuhovém zásypu v pouzdru. Mastná jemně mletá tuha umožní brilantní leštění v koženém stavu. Když smísíte jemný grafit s trochou plastického jílu a následně je redukčně vypálíte, získáte vlastnoručně vyrobenou tužku libovolného tvaru.

Grafitová situla
Grafitová situla
V období laténu byl grafit hojně využívanou přísadou do hrnců na vaření. V tomto případě během výpalu neúmyslně tvůrci vyhořel.
Dostupné z: https://www.lovecpokladu.cz/findings/tree/020/20309/001.jpg?1389056551

Kordierit

Kordierit náleží do soustavy MgO-Al2O3-SiO2 v poměru 2MgO.2Al2O3.5SiO2. Vyznačuje se nízkou nebo i nulovou tepelnou roztažností, což jej činí odolným proti teplotním šokům (pro varné nádobí). Základními složkami tohoto materiálu jsou jíl, mastek a Al2O3. Domácká výroba tohoto ostřiva naráží na problém krátkého slinovacího intervalu a vypalovacích teplot okolo 1350 °C. Zdá se být tedy dostupnější rozdrtit staré kordieritové pecní pláty, popř. zakoupit kordierit mletý. Kromě použití kordieritového ostřiva si můžete vyrobit i hmotu s mastkem. Lze použít tvrdý kameninový jíl, mastek a Al2O3 v hmotnostním poměru 35:43:22. Někdy se doplňuje 14 % živce, popř. ZrO2. Hořečnaté ostřivo, viz výše, lze do hmoty přidávat až do horní hranice zpracovatelnosti. Obecně doporučovaná teplota výpalu je okolo 1350 °C. Dále hmota velmi rychle měkne a ztrácí pevnost. Na našem trhu můžete již hotovou kordieritovou hmotu zakoupit. V tom případě se ohledně výpalu přesně řiďte doporučením výrobce, zajistíte tak vznik dostatečného množství minerálu cordieritu ve střepu.

Pláty do keramických pecí
Pláty do keramických pecí
Staré kordieritové pálící pomůcky lze zpět rozemlít na hořečnatý šamot
Dostupné z: http://www.refractorykilnfurniture.com/photo/pl16725671-cordierite_refractory_high_temperature_ceramic_plates_for_sanitary_ceramic.jpg

Karborundum

Je tvořeno karbidem křemíku (SiC). Uplatňuje se především při výrobě brusiva a pálících pomůcek. Budeme-li však spekulovat o přidání zrn do běžných hmot, můžeme předpokládat silné reakce s glazurami produkující značné množství sklovité pěny. Tím se dostáváme do neprobádaných vod extrémně reaktivních ostřiv použitelných pro expresivní výtvarné efekty.

Pokračování příště

Na tomto místě bychom uzavřeli první díl popisující aplastika obecně a velkou rodinu ostřiv. Ve druhém díle se budeme zabývat dalšími druhy neplastických složek. Vzpomeneme nejdůležitější taviva, popíšeme druhy a chování lehčiv, dotkneme se barviv a na záver se dozvíte něco málo o méně běžných aplastikách. 

Diskuze
Václav Kugler 08.11.19 (07:20)
To je paráda, snad každý, kdo začal o hlínách rozmýšlet, tohle ocení. Zhltnul jsem článek cestou metrem do dílny a nemá to chybu! Díky!
Petr Toms 15.11.19 (16:23)
Určitě se se chyby najdou. Kdo nějakou vidíte, přidejte se do diskuze.
Petr Toms 08.11.19 (12:54)
Jsem rád, že se líbí. Budou další.