Stručně řečeno, keramika vzniká spojením hlíny a ohně. Přijmeme-li tuto definici, z logiky věci vyplývá, že naše výrobky budou zásadní měrou podléhat volbě materiálu a způsobu pálení.
Z tohoto si můžeme vzít dvě ponaučení
- Výpal závisí na hmotě a hmota na výpalu. Jinak řečeno obě tyto veličiny je třeba vnímat společně a ve vzájemných souvislostech.
- Hmota a výpal mají největší vliv na konečné fyzikální, chemické a do značné míry i estetické vlastnosti výrobku.
Tímto úvodem bych rád poukázal na naprostou nezastupitelnost a důležitost výpalu. Přemýšlejme o tom, jak budeme pálit, stejně intenzivně, jako přemýšlíme o točení, modelování nebo dekoraci.
V následujícím textu budeme mluvit o výpalu pouze v obecné rovině. V běžné praxi nás všech totiž vzniká bezpočet možných kombinací. Pak už záleží na čtenářově schopnosti převést obecné informace do vlastních technologických postupů. S tím úzce souvisí ochota ke změnám a připuštění určité míry nejistoty. Odvaha čelit nezdarům je jistě důležitá, nicméně fatální neúspěchy můžete omezit systematicky prováděnými testy. Keramické technologie bývají celkem křehké. Ostatně vlivem tepelného zpracování vzniká mnoho neopravitelných vad. Zkoušky tedy provádějte v malém a změny zavádějte postupně.
Na začátek si dovolím uvést na pravou míru dva omyly v terminologii, jejichž používání uvádí zkušenější keramiky do mdlob. Mám na mysli slova trouba a pečení. V keramice používáme pec, ve které pálíme. Jménem všech kolegů děkuji.
Odvahu!
Pro nastavení optimální teplotní křivky výpalu je potřeba propojit znalosti konkrétních hmot, případně glazur a dekorů, s obecnými znalostmi pochodů probíhajících při výpalu.
K tomu, abychom byli schopni jakkoliv pohnout s teplotní křivkou, je nezbytné naučit se ovládat regulátor. Vyhledejte tedy návod k peci a s chutí a odvahou se pusťte do mačkání tlačítek.
Při výpalu keramiky se odehrává spousta složitých dějů. I když omezíme náš pohled pouze na hmoty, zjistíme, že jde o komplikovaný systém. Hlíny se běžně skládají z jílů, křemene, živců, sloučenin vápníku, železa, titanu, síry i organických příměsí. Všechny složky spolu vzájemně reagují.
Nicméně pochody při výpalu lze zjednodušit takto:
Přežah
První výpal neboli přežah slouží ke zpevnění výrobku před glazováním, případně k fixaci některých druhů dekorací (podglazurní malba, soli apod.). Zároveň dochází ke zvýšení pórovitosti, která napomáhá přilnutí glazur během glazování. První výpal také přispívá k odplynění střepu, čímž lze předcházet některým pozdějším vadám.
Vypařování fyzikálně vázané vody
Malá část vody zůstává i v na pohled suché keramice. Nazýváme jí kapilární voda. Její vypařování probíhá až při vyšší teplotě v peci, a to zhruba do 300 °C. První fáze výpalu je nesmírně důležitá a její nezvládnutí mívá fatální důsledky. Ohřev výrobku má za následek vznik páry. V tento okamžik záleží na tom, jak je střep silný a pórovitý. U tenkého nebo pórovitého výrobku nemusí pára překonávat významnější bariéry a tlak, který vyvíjí, nestačí na poškození výrobku. V případě příliš vlhkého, hutného nebo silného střepu tlak překoná pevnost materiálu a dochází k tolik nepopulárním explozím. Jinak řečeno ke klidnému průběhu začátku přežahu významně přispívají neplastické složky (nesprávně ostřiva) ve hmotách a tenký střep. O aplastikách se více dočtete zde: Aplastika I, Aplastika II
Rychlost stoupání teploty se liší v závislosti na pórovitosti a síle střepu. Droboučké nebo extrémně pórovité výrobky snesou ohřev třeba i 500 °C/hod. Oproti tomu masivní monumentální kusy s 10cm střepem pálíme v úvodní fázi rychlostí pouhých 5 nebo 10 °C/hod. Vše závisí na schopnosti konkrétního výrobku uvolňovat vodní páru.
Rád bych v této souvislosti uvedl na pravou míru jeden častý omyl a to, že jsou za výbuchy přežahu zodpovědné vzduchové bubliny způsobené špatným zpracováním hmoty nebo vytvářením. Je pochopitelné, že docházíme právě k takovémuto závěru. Bubliny skutečně bývají v troskách jasně zřetelné. Samotný vzduch uzavřený v bublině by však na roztrhání střepu nestačil. V dutinách se soustřeďuje rychle vznikající pára, která způsobí výbuch. Spíše než samotné dutiny je tedy na vině příliš strmý nárůst teploty ve spojení s kapilární vodou.
Další procesy při přežahu
Další změny ve hmotě nám už v přežahu nedělají tolik technologických obtíží, přesto ty nejdůležitější zmíním.
Jíly obsahují ve své krystalové struktuře tzv. chemicky vázanou vodu. V teplotním intervalu 400–700 °C probíhá rozklad struktury a odchod chemicky vázané vody odborně nazývaný dehydroxidace. Odstraněním chemicky vázané vody se zvyšuje pórovitost tolik výhodná pro glazování. Tato tepelně chemická reakce se vyznačuje svou nevratností (pokud se uskuteční dokonale). A to je přesně ten okamžik, kdy se z hlíny stává keramika. Jinými slovy: po odstranění chemicky vázané vody už není možný její návrat do struktury. Kdybychom výrobek namočili, vodu sice nasaje, ale nerozpadne se a zůstane pohromadě třeba i tisíce let.
V oxidační atmosféře, tolik typické pro elektrické pece, dochází mezi 300 až 1040 °C k vyhořívání uhlíku a veškerých organických příměsí usazených ve střepu. V naší praxi se nejčastěji jedná o papír v papírové hmotě nebo organiku z tmavě šedých hmot, které po výpalu zesvětlají.
Na teplotě 573 °C dochází k první modifikační přeměně křemene (SiO2), která je doprovázena skokovou změnou objemu přítomného křemene o 4,7 %. Při ohřevu to nebývá nijak nebezpečné, ale změna probíhá na stejné teplotě i při chlazení, kde už to vadí. Praskání z důvodu modifikační přeměny křemene se týká obzvlášť větších výrobků. Případné potíže by mohlo řešit pomalé překonání zmiňované teploty.
V širokém rozmezí 400–1000 °C probíhá rozklad síranů, uhličitanů a některých oxidů. Produktem reakcí jsou různé plyny zodpovědné za některé vady nízkotavných glazur. Tento proces nazýváme odplynění střepu.
Při teplotách okolo 1000 °C začíná docházet k tavení živců. V důsledku toho se velmi pozvolna zvyšuje pevnost výrobků a snižuje jejich pórovitost. Do této doby se výrobky v peci téměř nesmršťují.
Praktické informace k přežahu
Výrobky dáváme do pece vždy dokonale suché.
Nejvíc vody ze střepu odchází před výpalem. Suchost prakticky ověřujeme přiložením výrobku na tvář. V případě, že cítíme chlad, je třeba dále sušit. Pokud přetrvává nejistota obzvlášť u silnostěnných kusů a jemných plastických hlín, s úspěchem lze použít vysloužilou horkovzdušnou troubu jako sušárnu. Při zapnutém ventilátoru, pootevřených dvířkách a teplotě nastavené na 120 °C objekt dosušíme. V extrémních případech to může trvat 10 i více hodin.
Keramika se v běžném přežahu k sobě nelepí ani nedeformuje. Může se vzájemně libovolně dotýkat a stavět na sebe (což neplatí u vysokých štosů plochých výrobků). Nijak nevadí mírný kontakt s pecí. Pozor ovšem na spirály, těch se nesmí dotýkat nic.
Podíváme-li se na vypalovací křivku obecným pohledem, pak začátek do 300 °C bude nejplošší. Potom lze o něco zrychlit. Další výraznější zrychlení výpalu může nastat okolo 600 °C. Pokud vlastníte jednoduchý regulátor, který neumožňuje více změn na křivce, není zrychlení nad 600 °C nezbytné.
Máme-li jakoukoliv pochybnost o rychlosti výpalu, pak se stačí řídit pravidlem, že pomalejším náběhem nelze nic zkazit (kromě trochu vyšší ceny). Oproti tomu rychlý výpal může způsobit potíže.
Konečnou teplotu přežahu určují dva protichůdné parametry – pórovitost a pevnost. Čím výš budeme pálit, tím pevnější výrobek získáme, ale zároveň přicházíme o potřebnou pórovitost. Konkrétní teplota samozřejmě závisí na druhu hmoty.
Výdrž po dosažení teploty slouží k jejímu vyrovnání v celém objemu pece. V tomto okamžiku vycházíme z rychlosti výpalu, velikosti pece a způsobu naložení výrobky.
Jakmile je výdrž u konce, obvykle můžete nechat pec volně chladnout. Otevření pece výrobci doporučují pod 200 °C.
Pokud mají větrací komínky na vaší peci vnitřní průměr 20–30 mm, můžou zůstat po celou dobu otevřené. Jsou-li větší, při ohřevu okolo 600 °C je přivřete na oněch 20–30 mm. Je třeba, aby mohly všechny plyny z pece odejít pryč. Mírný přístup vzduchu zvenčí peci prospívá.
Ostrý výpal
Při tomto výpalu, který nazýváme též jako druhý výpal, hladký výpal nebo dožah, získává výrobek své konečné vlastnosti. Po odstranění vody z glazování v počátku výpalu (do 200 °C) lze křivku zrychlit na podobnou úroveň, jaká byla v poslední fázi ohřevu při přežahu. Zásadní děje probíhají nad nejvyšší teplotou předchozího výpalu.
Uvolňování kyslíku
Při teplotě 1080 °C se rozkládá burel (MnO2 na MnO) za prudkého uvolňování kyslíku. To je důvod častých vad glazur na burelových hmotách.
Nad 1000 °C začíná rozklad oxidu železitého na oxid železnatý. Tento proces dosahuje maxima při 1350 °C. Dokud je hmota pórovitá, neznamená to žádný problém. Ovšem při uzavřeném pyroplastickém (vysvětlení najdete v odstavci Slinování) střepu uvolněný kyslík způsobuje tzv. sekundární pórovitost, která bývá častá u přepálených červenic. Vypadá to, jako byste hmotu napěnili. Jiné materiály v této souvislosti trpí výraznými jednotlivými bublinami.
Slinování
Výraz slinování můžeme nahradit slovem spékání. Je to bezesporu nejdůležitější proces spojený s ostrým výpalem.
Při teplotě okolo 1000 °C začínají tát první živce. S rostoucí teplotou a dobou výpalu se podíl taveniny ve hmotě zvyšuje. V tavenině se víc a víc rozpouštějí zrna okolního materiálu. S tím je spojeno zmenšování a později i uzavírání a zánik pórů. Ostatně to je příčinou smršťování výrobku v peci.
Při vyšším obsahu taveniny dochází k měknutí hmoty, které označujeme jako pyroplastický stav. Toto měknutí je v mnoha případech zodpovědné za deformace výrobků během výpalu. Další informace o slinování se dočtete zde: Aplastika II
Pokud bychom dále zvyšovali teplotu, některé materiály dosáhnou zcela sklovitého stavu. Jinak řečeno hmoty se úplně roztečou a dají základ pro vznik hlinitých glazur, tzv. šlemovek. Více informací o šlemovkách získáte na tomto odkaze: Barevný svět šlemovek
Pro stolní užitkovou keramiku je rozumná míra slinutí vesměs pozitivním jevem. Hutný střep nedovolí kapalinám projít skrz, takže nádobí neprosákne, i kdyby nebylo opatřeno glazurou. Každý známe ta otravná mokrá kolečka na ubruse. Slinuté zboží bude zároveň mrazuvzdorné.
Proces slinování je podporován i výdrží na konečné teplotě. Ostatní důvody pro nastavení výdrže na vrcholu křivky jsou stejné jako u přežahu.
Optimální vypalovací režim vždy závisí na našich požadavcích na vlastnosti výrobku a na konkrétním materiálu, ze kterého je vyroben.
Ne každá hmota má schopnost tvořit taveninu. Takové materiály nazýváme žáruvzdornými. Hodí se pro staviva používaná v pecích nebo jako pálicí pomůcky. Žáruvzdorné materiály v pravém slova smyslu snášejí teploty nad 1580 °C. Více se o nich dočtete zde: Žárovzdorné materiály v ateliérové keramice I a II
Cristobalit - 2. modifikační přeměna křemene
Nejčastějším důvodem velkých otevřených prasklin střepu při ostrém výpalu jsou objemové změny křemene potažmo SiO2. Ten může mít několik krystalických forem neboli modifikací závislých na teplotě. Během ohřevu i chlazení přechází jedna modifikace v druhou. Tyto modifikační přeměny jsou doprovázeny významnou změnou objemu. Největší změny objemu, a tedy i potíže, přináší SiO2 ve formě cristobalitu. První známky vzniku cristobalitu jsou patrné od teploty cca 900 °C, nicméně nejsnáze se tvoří v rozmezí 1100–1150 °C. Nově vznikající fáze změní objem o 15 %. Přestože je to velmi vysoké číslo, nemusí se nic přihodit, protože je proces celkem pomalý a probíhá v prozatím pružné hmotě. Ovšem při teplotách 180 °C nebo 270 °C (záleží na tom, jestli chladíme nebo ohříváme) dochází k další, tentokrát skokové, změně objemu cristobalitu, která může mít fatální následky.
Problémy nastávají zejména u neslinutých hmot, protože v nich schází tavenina, ve které by se mohl cristobalit rozpustit. Situaci ještě zhoršuje příměs oxidů železa. Samozřejmě vše závisí i na velikosti výrobku. Vzniku cristobalitu lze předcházet rychlým překonáním teplot 1050–1150 °C. Také pomáhá pomalé chlazení v rozmezí teplot 300–180 °C. A na konec keramici, kteří si míchají vlastní hmoty, udělají dobře, omezí-li množství volného křemene v materiálech.
Chlazení
Některé pokročilejší technologie počítají i s řízeným chlazením, ale pro začátek stačí chladit samovolně. Slinuté zboží odolává prudkému chlazení hůře, než kdyby bylo jen po přežahu. Vzpomeňte si na to, až budete pálit technikou raku.
Případné trhlinkování glazur probíhá v poslední etapě chlazení, těsně před otevřením pece. Režim chlazení na praskání glazur nemá ani zdaleka tak velký vliv jako konkrétní kombinace typu hmoty / typu glazury / vrstvy glazury / teploty výpalu.
Glazury
S glazurami se stává situace ještě obsáhlejší a složitější. Mechanizmy chování glazur není možné v tomto textu nějak jednoduše popsat. Trochu víc se o nich dočtete zde: První kroky ve světě glazur
Je vhodné zvolit takovou glazuru, jejíž vypalovací interval odpovídá teplotě, kterou jste si určili jako optimální pro vaši hmotu. Jinak řečeno teplota ostrého výpalu hmoty musí být totožná s teplotou výpalu glazury. Hlína i poleva mívají určitou toleranci teplot, ve které se lze pohybovat, což umožní nalézt průsečík, v němž může fungovat obojí zároveň.
Pár praktických rad o pálení glazur se dozvíte dál v textu.
Praktické informace k ostrému výpalu
Před výpalem ošetřete pláty speciálním nátěrem. Důležitá je jeho vrstva. Při malé vrstvě nebude nátěr fungovat. Příliš velká vrstva se bude loupat. I když mírné olupování vlastně není na škodu. Výrobek přilepený glazurou se má odloupnout i s nátěrem. Kvůli jeho nestabilitě nanášejte nátěr jen na horní stranu plátu. V opačném případě se dočkáte nepříjemného spadu do zboží.
Pláty i spirály v peci udržujte v dobré kondici. Jednou za čas pec vyluxujte. Vyplatí se to.
Pod velké ploché výrobky používejte rovné pláty. Keramika při slinování měkne a může se zdeformovat podle plátu. Někdy toho lze využít ke svému prospěchu.
Pokud nemáte, pořiďte si půlky plátů. Při nakládání nízkých a vysokých kusů do jednoho výpalu ušetříte spoustu místa v peci. S úsporou místa souvisí dostatečný výběr různě vysokých stojek (distančních sloupků).
Glazury mají v žáru konzistenci hustého medu. Proto se glazované povrchy nesmějí ničeho dotýkat.
Občas se stává, že se z glazur a dekorací v peci vypařují i barvící složky. Takové výrobky nakládejte s většími mezerami a sdružujte je k sobě, jinak si obarvíte i ostatní zboží.
Keramiku, která bude v jedné soupravě, palte, pokud možno, u sebe. V peci není stejnoměrná teplota, což se může projevit na změně odstínu.
Pláty můžete nakládat na 3 nebo 4 stojky. 3 stojky bývají stabilnější. Zkontrolujte si ale, jak je založený spodní základový plát a podle toho naložte zbytek pece. Stojky ve všech patrech musí být ve sloupcích nad sebou.
Základový plát by neměl sedět přímo na dně pece. Kvůli lepší cirkulaci tepla jej postavte na 2–3 cm vysoké stojky.
Dbejte na zásady požární bezpečnosti. Z okolí pece odstraňte veškeré hořlavé materiály.
Dbejte na zásady zdraví a hygieny. Při výpalu se uvolňuje řada zdraví nebezpečných látek. Při výpalu se nezdržujte v místnosti s pecí. Větrejte. Zplodiny z pece korodují kovy a sklo.
Dopřejte peci pravidelný servis.
Jednožár
Jedná se o spojení pomalého přežahového začátku s koncem křivky ostrého výpalu. Jinak řečeno je to výpal syrového zboží rovnou na konečnou teplotu. Tato technologie bývá využívána v průmyslu a některými hrnčíři. Pokud si poradíte s glazováním syrového střepu, nebo vůbec neglazujete, také tak můžete pálit. Ušetříte manipulaci s výrobky a energii výpalu.
Třetí výpal
Tento výpal využíváme k tepelnému zpracování dekorací. Máme na mysli různé naglazurní aplikace jako např. listry, zlato a platina, vtavné barvy, naglazurové barvy apod. Kromě vtavných dekorací hovoříme o teplotách pod 1000 °C.
Jak název napovídá, jedná se o další výpal keramiky, která už prošla ostrým pálením. Slinuté zboží má celkem špatnou odolnost proti rychlým změnám teploty, takže je nutné třetí výpal vést poměrně pomalu. Z dekorací vyhořívají organické součásti, z tohoto důvodu je nutné pec dobře odvětrávat.
Teplota ostrého výpalu
Můžete zkusit tento jednoduchý postup při hledání správné teploty a zavádění nové technologie.
1. Nejprve je třeba nalézt optimální vypalovací teplotu pro hlínu. Máme na mysli teplotu ostrého výpalu. Nenechte se zmást údaji od výrobců, protože každý nakládá s čísly naprosto odlišně. Někteří udávají horní limit jako optimum a jiní jako maximum. Zkrátka nedostáváte žádnou informaci o míře slinutí. Navíc je třeba počítat s nepřesnostmi měření vaší pece a mnoha dalšími proměnnými.
Jedná-li se o stolní užitkovou keramiku, vypalte neglazovaný vzorek 80 °C pod maximální teplotu uvedenou výrobcem. Výpal dále opakujte s novým vzorkem s o 20 °C vyšší teplotou do okamžiku, kdy se vám při olíznutí vzorku ani náznakem nepřilepí jazyk (hmota přestává sát). Pokud se výrobek nezačne deformovat, přichytávat k pecním plátům, nebo dělat jiné potíže, zkuste přidat dalších 20–40 °C. Pak budete mít slušnou jistotu, že hmota udrží vodu i při dlouhodobé expozici (vázy, lahve). Tímto jste zjistili teplotu výpalu vaší hmoty ve vaší peci. Při testování nezapomeňte na nastavení výdrže, i ta má vliv na slinutost.
Pálení po 20 °C se může zdát náročné na čas a energii. Když budete mít smůlu, napočítáte třeba i 8 výpalů. Vězte však, že něco takového děláme jednou nebo jen párkrát v životě. Za získanou jistotu to určitě stojí. Z úsporných důvodů můžete testovat i několik teplotně příbuzných materiálů zároveň. Jenom potom vyberte ty, které vyšly na stejné teplotě. Usnadníte si tím organizaci v dílně.
2. V dalším kroku si pořiďte velké množství (čím víc, tím lépe) malých vzorků glazur, jejichž teplotní interval určený výrobcem zapadne do zjištěné teploty z předchozího kroku. Naglazujte přežahnuté vzorky zhotovené z otestovaných hmot všemi zakoupenými glazurami v různě silných vrstvách. Usilujte o to, aby byly glazury nanesené na svislých plochách, jinak nezjistíte, zda stékají. Testy dobře podložte a vypalte na vaši teplotu. Vyberte výsledky, které jsou bez vad a líbí se vám.
3. Nakonec kupte vetší množství (cca 1 kg) vybraných glazur, naglazujte jimi větší objekty (hrnky apod.), podložte je a vypalte. Tento krok může zahrnovat i kombinaci s dekoračními technikami. Může se stát, že některé testy nevyjdou, i když v předchozím kroku byly v pořádku. Ty vyřaďte. Zbylé glazury mohou sice občas zazlobit, nicméně největší potíže jste odfiltrovali předchozím výběrem.
V každém případě vzorky pečlivě popisujte.
Existují mnohem sofistikovanější metody, ale tato je dostupná, rychlá a funkční.
Testovat, testovat, testovat!
Sem tam si lze všimnout volnějšího přístupu s argumentací, že systematičnost stojí spoustu času, energie a materiálů. Výsledkem bývá spoléhání na náhodu doprovázené chaotickým obměňováním hmot, glazur i dekorací, navíc nakupovaných ve velkém množství bez jediné předchozí zkoušky. Práce s regulátorem postrádá souvislou myšlenku, nebo na malou krabičku s displejem nemyslíme vůbec. Podobný přístup má z dlouhodobého pohledu úplně opačný efekt, než byl původní záměr, a to ušetřit.
Takové technologie bývají nesmírně křehké, protože nejsou podepřeny sítí souvislostí. Tato síť vzniká dlouhodobě a vědomě, je třeba ji rozšiřovat, zahušťovat a občas opravit a přeplést.
Přihlaš se a vlož komentář...