Taviva
Taviva se před výpalem a na začátku výpalu obecně chovají jako ostřiva. Ovšem při vyšších teplotách sama o sobě a nebo v reakci s okolní hmotou tají. Při jejich dostatečném množství se ve střepu zmenšují póry a snižuje se propustnost tekutin. S tím je spojeno měknutí výrobku, které postupně vede k deformacím. V extrémním případě nastává jeho kolaps. V případě dalšího zvyšování teploty množství skloviny ve hmotě narůstá a získává převahu nad původní krystalickou fází. Ale to se již dostáváme mimo téma tohoto textu. Přecházíme totiž k hlinitým glazurám, tzv. šlemovkám.
Taviva se tedy dají rozdělit na dvě skupiny:
a) základní
b) eutektická
Základní taviva jsou složky s nízkou teplotou výpalu, jejichž úkolem je roztavit se dříve než ostatní části keramické směsi, a vytvořit tak tekutou fázi, která spojuje tuhé krystalické fáze. Eutektická taviva jsou taviva s obsahem takových oxidů, které reagují v žáru s jinými oxidy o vyšší teplotě tání již přítomnými v keramické směsi za účelem vytvoření taveniny o nižší teplotě tání, než by měly původní oxidy samotné, tedy bez eutektického taviva. Například v soustavě CaO-Al2O3-SiO2 je teplota tání samostatného CaO 2580 °C; Al2O3 2020 °C; SiO2 1723 °C. Ovšem v poměru 23,25/14,75/62 začíná směs tát už na 1170 °C, což je nejnižší možná teplota tání techto tří složek - tzv. eutektický bod.
Se znalostí chemického složení komponent lze s pomocí fázových diagramů odvodit teplotu tání. Ta sice závisí především na chemizmu, ale uplatňují se i další vlivy. Jsou to např. rychlost ohřevu, druh hmoty, hrubost mletí, pecní atmosféra atd. Taviva jsou nedílnou součástí komplikovaného procesu známého jako slinování. Nejčastější účinnou složkou taviv jsou sloučeniny Na, K, Ca, Mg, Fe (v redukci). Slinování neboli spékání vede k postupnému zmenšování pórů a tedy i nasákavosti vypáleného střepu. S tím je spojeno i tzv. smrštění pálením. Slinování probíhá mezi 70–90 % teploty tání. Hutnou, nepórovitou strukturu vítáme u většiny stolní keramiky a mrazuvzdorného zboží. Skelná fáze vznikající reakcí mezi zásadotvornými oxidy a SiO2 (vitrifikací) propůjčuje výrobkům i tvrdost, chemickou odolnost, u porcelánů průsvitnost, lepší propojení glazury se střepem.
Velmi důležitým parametrem je hrubost mletí. Se zmenšujícími se zrny roste jejich reakční povrch, což významnou měrou snižuje teplotu slinování. Naopak velké zrno taje jako celek obklopené ostatní víceméně nedotčenou hmotou, takže dochází pouze k lokálním vyvřelinám. Takto se může chovat celá řada přírodních minerálů, hornin i umělých látek. Ovšem velká zrna vápenatých látek způsobují odprýskávání střepu ve tvaru malých kráterků. Více se o nich zmíníme později.
Taviva mohou být přírodního a nebo umělého původu. Mezi ta přírodní řadíme na první místo živce a hned za ně vápenaté minerály a horniny, také nefelinický fonolit a nefelinický syenit. V menší míře se v ateliérové praxi používá třeba čedič, granát, různá přírodní skla jako např. vltavíny nebo obsidián. Mezi umělá můžeme zařadit třeba frity nebo v některých případech i nežáruvzdorné šamoty. To se opět vracíme k příkladu použití antuky do vysokých teplot.
Je třeba mít neustále na zřeteli, že účinnost taviv závisí na vhodném množství ve hmotě, typu taviva i základní hmoty, hrubosti mletí a samozřejmě teplotě a atmosféře výpalu.
Živce
Živce pro keramický průmysl pocházejí z hrubozrnných hornin tzv. živcových pegmatitů, nebo živcových štěrků. U nás se těží v Melcově, Poběžovicích, Halámkách nebo v Krásnu u Horního Slavkova. Označují se podle normy ČSN 72 1370. Pro keramiku se používají např. Ž75K 13, Ž75KNa 15, Ž65NaK 40 nebo třeba Ž85NaCa 25. Označení nás informuje o základním složení.
Příkladem může být značka Ž75KNa15„c“
Ž75 – 75 % živcoviny a 25 % volného křemene
KNa – draselnosodný živec (první značka v řadě označuje převažující oxid)
15 – 0,15 % Fe2O3
„c“ – stupeň mletí
Chování živců v žáru určuje druh zásadotvorných oxidů. Bývá to Na2O, K2O a CaO, méně často Li2O a BaO. Od toho odvozujeme i jejich pojmenování jako sodný, sodnodraselný, sodnovápenatý atp. Reálně se v podstatě nevyskytují čisté, takže i živec označený jako draselný nese v menší míře další zásadotvorné oxidy.
Kreativní tvůrci kromě standardních značek využijí i různé živcové odpady a jinak průmyslově obtížně uplatnitelné živcové suroviny.
Tavení živců
Živce, používané v keramice jako taviva, mají v závislosti na svém chemickém složení různou teplotu tání. Sodný živec, například albit, se teoreticky taví při teplotě 1118 ± 3 °C za vzniku taveniny o stejném složení, tedy kongruentně, zatímco draselný živec, například ortoklas, se taví při teplotě 1150 ± 20 °C za vzniku taveniny a krystalů leucitu KAlSi2O6, tedy nekongruentně. Při smíchání obou živců v optimálním poměru, tedy 63,9 % sodného a 36,1 % draselného, je možné docílit vzniku taveniny při teplotě nižší, než je teplota tavení čistých živců – tavenina vznikne již při 1078 ± 3 °C. Tuto teplotu je možno ještě snížit přidáním křemene. U sodného živce na 1062 ± 3 °C (v poměru 68,37 % živce a 31,63 % křemene), u draselného až na 990 ± 20 °C (v poměru 58,25 % živce a 41,75 % křemene). Toto je zároveň nejnižší teplota tání v soustavě K2O – Na2O – Al2O3 – SiO2. Přídavek vápenatého živce anortitu ke směsi živců draselných a sodných teplotu tání směsi výrazně zvyšuje.
Mletí živců
Na posledním místě v tuzemském značení bývá v uvozovkách uvedené písmeno, které informuje o hrubosti mletí.
Síta charakterizující různé stupně mletí:
pro mletí „a“ je charakteristický zbytek na sítě 0,090 mm
pro mletí „c“ je charakteristický zbytek na sítě 0,063 mm
pro mletí „e“ je charakteristický zbytek na sítě také 0,063 mm
pro mletí „d“ je charakteristický zbytek na sítě 0,8 mm
Stupeň mletí živců je pro keramika velmi důležitou veličinou, jež lze nápaditě využívat. Např. surovina mletá na stupeň „d“ nechává vzniknout povrchovému efektu, často používanému v Japonsku, který se poeticky nazývá tombo no me „oči vážky“ a kani no me „krabí oči“. Jedná se o vyvřeliny v podobě malých vystouplých skelných kapiček nebo prázdných dutinek, ze kterých živcová tavenina vytekla či se vsákla do okolní hmoty. Avšak stejná surovina v mletí „c“ se rovnoměrně rozptýlí v celé hmotě, což obecně povede k snížení teploty slinutí.
Vápenatá taviva
Do této skupiny převážně přírodních eutektických taviv řadíme minerály a horniny tvořené předně sloučeninami vápníku.
Vápenec, dolomit, sádrovec, mramor, křída
Během výpalu vzniká tepelným rozkladem síranů a uhličitanů sám o sobě vysoce žáruvzdorný CaO. Ovšem ve styku s ostatními složkami ve střepu získává funkci taviva. Produktem rozkladu jsou také plyny, které mohou být příčinou vzniku některých vad glazur. Vápenaté horniny a minerály bývají často přirozenou součástí mnoha jílových surovin. Obtíže nastávají při jejich nedostatečném rozmělnění. Větší zrnka po výpalu hydratují vzdušnou vlhkostí, díky čemuž zvětšují objem a vystřelují kráterky okolní hmoty, nebo rovnou trhají střep. I když působí jisté technologické obtíže a oproti živcům fungují mnohem méně intenzivně, jsou pro svou snadnou dostupnost a nízkou cenu častou položkou v hlinařských recepturách.
Technologicky se odlišuje dolomit, protože kromě uhličitanu vápenatého (CaCO3) obsahuje nezanedbatelné množství uhličitanu hořečnatého (MgCO3) a bývá více znečištěn Fe2O3.
Wollastonit
Jedná se o vápenatý křemičitan CaSiO3. Je poměrně vzácný. Jeho průmyslová těžba probíhá v Evropě pouze ve Finsku. Má stejnou výhodu jako třeba vápenaté živce – neuvolňují se z něj při výpalu žádné plyny, takže odpadají některé vady v glazurách. Jako tavivo do hmot se ho v průmyslu používá ve výrobě obkladaček.
Kostní popel
Např. kostní porcelány obsahují ve směsi 20 až 45 % hmotnostních kostního popela. Kosti obsahují hydroxyapatit 3Ca3(PO4)2·Ca(OH)2) a karbonátapatit Ca3(PO4)2·CaCO3·H2O. Dnes se může kostní popel nahradit fosforečnanem vápenatým Ca3(PO4)2, apatitem 3Ca3(PO4)2·Ca(F,Cl)2 nebo dalšími fosforečnany. Při teplotě nad 1000 °C z apatitu vzniká fosforečnan vápenatý a uvolněný oxid vápenatý, který reaguje s produkty tepelného rozkladu metakaolinitu za vzniku anortitu. Nad teplotu 1200 °C opětovně vzniká anortit, a to reakcí oxidu vápenatého s volným křemenem.
Frity
Frita je uměle vyrobené tavivo získané roztavením vhodných surovin, některých ve vodě rozpustných. Vhodnou fritou je například roztavená směs sody, potaše, sádrovce a křemenného písku, následně prudce ochlazená ve vodě. Výsledkem je velmi snadno melitelné granulované sklo. První frity byly použity na Blízkém východě snad již koncem 1. tisíciletí. Značného rozšíření doznaly v 18. stol. ve Francii a Anglii, kde se používaly při výrobě fritového porcelánu.
Pro první experimenty lze použít v podstatě jakákoliv měkčí glazura. Zajímavé výsledky by patrně přinesl přídavek barevných glazur do bílých hmot. Jistě stojí za vyzkoušení i vtlačování jednotlivých střípků a korálků z různých skel do stěny výrobku v koženém stavu.
Další přírodní taviva
Jako aplastikum se schopností vytvářet ve střepu taveninu je možné použít dlouhou řadu minerálů a hornin. Vzhledem k tomu, že máme v malých dílnách zcela jiné možnosti a potřeby než v průmyslu, můžeme a někdy i musíme volit značně alternativní přístupy. Kreativitu uplatňujeme při volbě hrubosti mletí, ale především výběrem suroviny. Používáme např. bazalty, granáty, nefelin syenit, znělec, pyrit (v redukci), obsidián, sopečný popel, pemzu, žulu a mnoho a mnoho jiných. S výhodou aplikujeme znalosti mineralogie a geologie.
Lehčiva
Stejně jako ostatní skupiny aplastik ovlivňují zpracovatelnost hmot, snižují plasticitu, snižují smrštění sušením, čímž činí výrobky méně citlivé k sušení a usnadňují odchod vodní páry v počátcích výpalu, takže umožňují rychlejší náběh teploty nebo výpal silnějšího střepu. To, co lehčiva odlišuje od ostatních aplastik, je schopnost zvětšovat pórovitost struktury. Společným znakem lehčiv je jejich hořlavost. Výpalem se z hmoty odstraní a zanechají v závislosti na množství a druhu různorodou strukturu dutinek.
Vzhledem k vývinu oxidů uhlíku při výpalu je třeba upozornit na negativní působení na khantalové spirály v elektrických pecích a na zvýšenou potřebu dokonalého odvětrávání pecní místnosti. Při použití palivové pece, např. plynovky nebo pece na dřevo, tyto starosti přirozeně odpadají. Potřebujeme-li lehčiva dokonale ve hmotě spálit, musíme do výpalu zařadit dostatečně dlouhou oxidační fázi.
Lehčiva mohou být organického nebo anorganického původu.
Mezi organická počítáme např. piliny, hobliny, dřevitý prach, třísky, jehličí, lesní hrabanku, trus býložravců, plevy, semena rostlin, slámu, seno, listy, vatu, plsť, zvířecí srst, vlasy, rostlinná vlákna, kalafunu, pryskyřice, drcené ořechové skořápky, škrob, cukr, papírovinu či korkovou drť. U většiny z výše vyjmenovaných po určité době dochází k rozkladným biologickým procesům, takže bývá hygieničtější vlhkou hmotu příliš dlouho neskladovat. I zde existuje jedna výjimka, a to technika záměrného prorůstání vlhkého výrobku nebo hmoty klíčícími semeny.
K anorganickým lehčivům řadíme saze, grafit, uhlí, mour, lignit, dřevěné uhlí, koks. Patří sem i zuhelnatělé organické zbytky přirozeně se vyskytující v některých jílech. Ostatně, to by měla být odpověď na otázku, proč některé zasyrova tmavé hmoty po přežahu zesvětlají.
Přestože se lehčiva běžně používají v průmyslu, můžeme je úspěšně a velmi nápaditě využít k získání zajímavých struktur a povrchů. Vláknitá lehčiva navíc propůjčují materiálům i zvláštní technologické možnosti. Chovají se jako vnitřní výztuž ne nepodobná ocelové výztuži v betonu, jen se po výpalu ztratí. Tato skvělá vlastnost se hodí třeba v architektuře, při stavbách polních pecí nebo opravách prasklin na suchém zboží.
Barviva
Samozřejmě můžeme využít přirozené barevnosti keramických surovin, která je povětšinou založena na bázi různých sloučenin železa. Chceme-li cíleně probarvit hmotu v celém objemu, lze k tomu použít barvítka, popřípadě čisté barvicí oxidy. Když usilujeme o jejich dokonalé rozptýlení ve hmotě, je výhodné, mícháme-li je předem utřené v třecí misce do šlikru a ten přecedíme a následně odsoušíme. Brilantnost výsledných barev závisí na bělosti základní hmoty po výpalu. Některé barvicí oxidy jsou zároveň tavivy. Například burel (MnO2) se při 1080 °C rozkládá na MnO, který živě reaguje a s SiO2 tvoří taveninu. Běžně užívaný oxid železitý (Fe2O3) v redukci a nebo při vysokých teplotách přechází na FeO, což je také velice intenzivní tavivo.
Vysušením, rozdrcením a následným výpalem probarveného šlikru získáte barevný šamot, který dál rozšíří paletu vašich výtvarných možností. Trochu podobně budou v hlíně fungovat i kupované nereaktivní floty.
Barevnost střepu samozřejmě ovlivní i aplastika z ostatních skupin. Jak už bylo řečeno u taviv, barevná zrna získáte z mnoha nerostů a hornin, můžete také použít nadrcené ocelové okuje, rez nebo okuje získané jako odpad ze smaltování mědi.
Ostatní aplastika
Svým způsobem můžeme mezi aplastika zařadit i vzduch v nedostatečně odvzdušněných hmotách, neboť snižuje plasticitu hmoty, citlivost k sušení a zlepšuje odchod vodních par při výpalu.
Někteří výtvarníci ve svých realizacích využívají drcený elektroodpad, zejména základové desky z PC. Takový materiál se chová jako lehčivo a barvivo zároveň. Zde je nutno upozornit na velmi silný tavící účinek čisté mědi – hojné složce elektroodpadu.
Pro speciální výtvarné aplikace lze v hmotě uplatnit nakrátko nasekaný kanthalový plech případně silný drát, nebo naopak delší tenoučké drátky. Většina ostatních kovů bude mít sklony během výpalu tvořit oxidy, ale slitina chromu a niklu zůstane v kovové formě.
Zvláštní kapitolou je expandovaný perlit. Přestože má sám o sobě velmi pórovitou strukturu, nelze jej zařadit mezi lehčiva, protože při výpalu nevyhoří. Při teplotách nad 1000 °C měkne, začíná se smršťovat a postupně přebírá funkci taviva. Prodává se tříděný dle velikosti kuliček.
Podobně jako perlit můžeme používat i expandovaný vermikulit. Svou strukturou i vzhledem je podobný slídám; stejně jako ony tvoří tabulkovité, dokonale štěpné krystaly a lupenité agregáty. Na rozdíl od ostatních křemičitanů má však tu vlastnost, že se jeho krystaly při zahřívání roztahují a tvoří lehké, pórovité útvary červovitého tvaru.
U lehčiv byly zmíněny výhody vláknité struktury. Pokud by bylo třeba udržet ve hmotě vlákna i během výpalu, lze využít minerální vlákna. Na našem trhu seženete různá čedičová rouna nebo třeba rohože Alsiflex (dříve Sibral).
Návazné techniky
Ve spojení se zajímavou strukturou získanou hrubšími barevnými nebo hořlavými aplastiky využíváme návazné techniky jako třeba broušení, pískování, omílání, leptání, řezání, vymývání, leštění, lámání. Sekundární opracování keramiky vyžaduje specifické vybavení a dovednosti. Slinutý střep, jak už bylo zmíněno, dosahuje značné tvrdosti, takže při použití konvenčních brusiv vyhledejte ta s měkkým pojivem a tvrdým zrnem. Brousící a řezný výkon dramaticky stoupne, když sáhnete po diamantové technice. Broušení a řezání vypálené keramiky často probíhá pod vodou. V určitých případech lze s úspěchem využít výhod moderních technologií jako je vodní paprsek, či obrábění CNC stroji.
Řada příměsí s různou intenzitou reaguje s engobami a glazurami. Při bouřlivějších reakcích při výpalu dochází i k přilepení výrobku k pecnímu plátu. V takovém případě lze doporučit důsledné testování receptur a pečlivé podkládání problematických výrobků. Navyknete-li si rutinně uplatňovat tato předběžná opatření, ušetříte spoustu zbytečné práce s broušením pálících pomůcek, které leckoho snadno odradí od tolik zábavného a potřebného experimentování.
Závěr
Tento text měl čtenáře uvést do pestrého světa skrytého pod vrstvami glazur a engob. Pronikli jsme však jen do jedné části skladby hmot. Plastické složky – jíly budeme objevovat v některém z dalších článků.
Na příkladu aplastik se zřetelně ukazuje, jak bláhová je snaha oddělovat keramickou technologii od výtvarna. Vždyť nápaditost a kreativita může stát ve službách umělce, stejně jako technika. Proč tedy nespojit oba v jedné osobě? Kde jinde pěstovat všestrannost, než právě v ateliérové keramice?
Nezapomínejme, že zkoušení nových postupů a materiálů nemusí pokaždé přímo vést k objevu nějakého úžasného výrobku, ale vždy slouží k rozšiřování obzorů tvůrce. Mnoho, možná i většina vzorků nebude upotřebitelná, ale i negativní výsledek má svou hodnotu - hodnotu informace.
Snad se přes počáteční obtížnost k tématu úpravy či výroby vlastních hmot budete pravidelně vracet a kéž jsou v tom nápomocny i tyto řádky.
Citace:
HANYKÝŘ, V., & KUTZENDÖRFER, J. (2008). Technologie keramiky. Praha, Silikátový svaz.STANDEN, K. (2017). ADDITIONS TO CLAY BODIES. [Place of publication not identified], HERBERT Press.TICHÝ, O. (1983). Pálení keramiky. Praha, SNTL.PETRÁNEK, J. (1963). Usazené horniny. Praha, Akad.BARTA, R. (1948). Keramika. Oddíl II, Část I Oddíl II, Část I. Praha, Česká společnost chemická.KUSAKABE, M., & LANCET, M. (2005). Japanese wood-fired ceramics = Nihon no makigama no himitsu. Iola, WI, KP Books.HLAVÁČ, J. (1988). Základy technologie silikátů: celost. vysokošk. příručka. Praha, SNTL.TOMÁNEK, V. (1959). Žárovzdorné lupky a technologie jejich úpravy. Praha, Sdružení kamenouhelných dolů.BAJER, T. (2015). Vliv jemnosti mletí živce a křemene na slinování porcelánového střepu (online)Bloomfield, L. (2017). Phase and eutectics (online)KONTA, J. (1983). Keramické a sklářské suroviny. Praha, Univ. Karlova.
Autor: Petr Toms | Odborná korektura: Petr Chutný | Jazyková korektura: Eliška Chalupová
Přihlaš se a vlož komentář...
Snahou při psaní tohoto textu bylo sestavit přehled aplastik a především roztřídit jejich hodně odlišná chování. Předkládané informace by měly sloužit k lepšímu pochopení zákonitostí sušení a pálení, popřípadě pomoci v prvních experimentech se sestavováním vlastních hmot. Dalším cílem bylo ukázat, jak moc se technologie obecně uplatňuje na výtvarné stránce keramiky. Při popisu důležitých mechanizmů stojících u samých základů nebylo možné, úplně se vyhnout odborným termínům. Keramici, kteří neprošli formálním vzděláním v některé z našich uměleckoprůmyslových škol, mají takto přístup k informacím sestaveným s ohledem ke specifikům malých dílen a atelierů.
Ešte by ma zaujímali tie frity, aký by to mohlo mat prínos pre štúdiového keramika-hrnčiara, ktorý robí úžitkovú keramiku? Napr. ak by som vedel zafritovat jedovaté suroviny, dali by sa použiť aj na užitkovu keramiku? Aký je rozdiel v glazure surovej a zafritovanej? Ak by som do obidvoch namáčal rovnaký výrobok, rovnako by som ich vypálil, bol by výsledok rovnaký? Dik