Esmalte cerámico - Ceramic glaze

Cuerpo de composite, botella pintada y vidriada. Irán , siglo XVI ( Museo Metropolitano de Arte )
Detalle de goteo de esmalte de ceniza de paja de arroz (arriba), Japón, 1852

El esmalte cerámico es una capa o revestimiento impermeable de una sustancia vítrea que se ha fusionado a un cuerpo de cerámica mediante la cocción. El esmalte puede servir para colorear, decorar o impermeabilizar un artículo. El acristalamiento hace que los recipientes de barro sean adecuados para contener líquidos, sellando la porosidad inherente de la loza de galleta sin esmaltar . También da una superficie más resistente. El esmalte también se utiliza en gres y porcelana . Además de su funcionalidad, los esmaltes pueden formar una variedad de acabados superficiales, incluidos grados de acabado y color brillante o mate. Los esmaltes también pueden mejorar el diseño o la textura subyacentes, ya sea sin modificar o inscritos, tallados o pintados.

La mayor parte de la cerámica producida en los últimos siglos ha sido vidriada, a excepción de las piezas de porcelana biscuit sin vidriar , terracota o algunos otros tipos. Las baldosas casi siempre están vidriadas en la cara de la superficie, y la terracota arquitectónica moderna muy a menudo está vidriada . El ladrillo vidriado también es común. Los artículos sanitarios domésticos están invariablemente vidriados, al igual que muchas cerámicas utilizadas en la industria, por ejemplo, aisladores cerámicos para líneas eléctricas aéreas .

Los grupos más importantes de esmaltes tradicionales, cada uno con el nombre de su principal agente fundente cerámico , son:

La tecnología de materiales moderna ha inventado nuevos esmaltes vítreos que no entran en estas categorías tradicionales.

Composición

Los esmaltes deben incluir un fundente cerámico que funcione promoviendo la licuefacción parcial en los cuerpos de arcilla y los otros materiales de esmalte. Los fundentes reducen el alto punto de fusión del vidrio que forma la sílice y, a veces, el trióxido de boro . Estas formas de vidrio se pueden incluir en los materiales de esmalte o se pueden extraer de la arcilla que se encuentra debajo.

Las materias primas de los esmaltes cerámicos generalmente incluyen sílice, que será el principal formador de vidrio. Varios óxidos metálicos, como sodio , potasio y calcio , actúan como fundente y, por lo tanto, reducen la temperatura de fusión. La alúmina , a menudo derivada de la arcilla , endurece el esmalte fundido para evitar que se escurra de la pieza. Los colorantes, como el óxido de hierro , el carbonato de cobre o el carbonato de cobalto , y algunas veces opacificantes como el óxido de estaño o el óxido de circonio , se utilizan para modificar la apariencia visual del esmalte cocido.

Proceso

El esmalte se puede aplicar espolvoreando en seco una mezcla seca sobre la superficie del cuerpo de arcilla o insertando sal o sosa en el horno a altas temperaturas para crear una atmósfera rica en vapor de sodio que interactúa con los óxidos de aluminio y sílice en el cuerpo para formar y depositar vidrio, produciendo lo que se conoce como cerámica vidriada con sal . Más comúnmente, los esmaltes en suspensión acuosa de varios minerales en polvo y óxidos metálicos se aplican sumergiendo piezas directamente en el esmalte. Otras técnicas incluyen verter el esmalte sobre la pieza, rociarlo sobre la pieza con un aerógrafo o una herramienta similar, o aplicarlo directamente con un pincel u otra herramienta.

Para evitar que el artículo vidriado se pegue al horno durante la cocción, se deja una pequeña parte del artículo sin vidriar o se apoya en pequeños soportes refractarios como espuelas y zancos del horno que se retiran y desechan después de la cocción. Las pequeñas marcas dejadas por estas espuelas a veces son visibles en la vajilla terminada.

Color y decoración

La decoración bajo vidriado se aplica antes del vidriado, generalmente a cerámica sin cocer ("cruda" o "vajilla verde") pero a veces a cocción de " galleta " (una cocción inicial de algunos artículos antes del vidriado y la nueva cocción). Se aplica un esmalte húmedo, generalmente transparente, sobre la decoración. El pigmento se fusiona con el esmalte y parece estar debajo de una capa de esmalte transparente; generalmente el material del cuerpo utilizado se quema a un color blanquecino. El tipo de decoración bajo vidriado más conocido es la porcelana azul y blanca producida primero en China y luego copiada en otros países. El llamativo color azul utiliza cobalto como óxido de cobalto o carbonato de cobalto. Sin embargo, muchos de los tipos imitativos, como Delftware , tienen cuerpos de loza de color marrón , a los que se les da un esmalte de estaño blanco y una decoración con vidriado o sobre vidriado. Con la invención inglesa de la crema y otras lozas de cuerpo blanco en el siglo XVIII, la decoración bajo vidriado se volvió ampliamente utilizada tanto en loza como en porcelana.

Sancai coloreó vidriados de plomo en un guardián de la tumba de la dinastía Tang .
Santuario de celadón chino ; vidriado coloreado, con la figura sin vidriar. Dinastía Ming, 1300-1400

La decoración overglaze se aplica sobre una capa de esmalte cocida y generalmente utiliza colores en "esmalte", esencialmente vidrio, que requieren una segunda cocción a una temperatura relativamente baja para fusionarlos con el esmalte. Debido a que solo se cuece a una temperatura relativamente baja, se podría usar una gama más amplia de pigmentos en períodos históricos. Los colores Overglaze son esmaltes de baja temperatura que le dan a la cerámica un aspecto más decorativo y vidrioso. Primero se cuece una pieza, esta cocción inicial se llama cocción glost , luego se aplica la decoración sobre vidriado y se vuelve a cocer . Una vez que la pieza se cuece y sale del horno, su textura es más suave debido al glaseado.

Otros métodos son en primer lugar el glaseado , en el que las pinturas se aplican sobre el esmalte antes de la cocción y luego se incorporan a la capa de esmalte durante la cocción. Esto funciona bien con la cerámica vidriada con estaño , como la mayólica , pero la gama de colores se limitó a aquellos que podían resistir una cocción glost, como con el vidriado bajo. Los esmaltes de colores, donde los pigmentos se mezclan con el esmalte líquido antes de que se aplique a la cerámica, se utilizan principalmente para dar un solo color a una pieza completa, como en la mayoría de los celadones , pero también se pueden utilizar para crear diseños en colores contrastantes. como en los artículos chinos sancai ("de tres colores"), o incluso escenas pintadas.

Muchos estilos históricos, por ejemplo, la cerámica Imari japonesa , el doucai chino y el wucai , combinan los diferentes tipos de decoración. En tales casos, la primera cocción para el cuerpo, cualquier decoración y glaseado bajo vidriado es típicamente seguida por una segunda cocción después de que se hayan aplicado los esmaltes sobre vidriado.

Historia

Históricamente, el acristalamiento de la cerámica se desarrolló con bastante lentitud, a medida que se necesitaban descubrir materiales apropiados, y también se necesitaba tecnología de cocción capaz de alcanzar de manera confiable las temperaturas necesarias. Los esmaltes aparecieron por primera vez en materiales de piedra en el cuarto milenio antes de Cristo, y la loza del Antiguo Egipto ( fritware en lugar de a base de arcilla) se auto-vidriaba, ya que el material formaba naturalmente una costra similar a un esmalte durante la cocción. El vidriado en cerámica verdadera siguió a la invención del vidrio alrededor del 1500 a. C., en el Medio Oriente y Egipto con vidriados alcalinos, incluido el vidriado de ceniza , y en China, usando feldespato molido . Alrededor del año 100 a. C., el acristalamiento con plomo estaba muy extendido en el Viejo Mundo .

El ladrillo vidriado se remonta al Templo Elamita en Chogha Zanbil , que data del siglo XIII a. C. La Pagoda de Hierro , construida en 1049 en Kaifeng , China , de ladrillos vidriados es un ejemplo posterior bien conocido.

La loza vidriada con plomo probablemente se fabricó en China durante el Período de los Reinos Combatientes (475-221 a. C.), y su producción aumentó durante la dinastía Han. El gres vidriado protoceladón de alta temperatura se fabricó antes que la loza vidriada, desde la dinastía Shang (1600-1046 a. C.).

Durante el período Kofun de Japón, la vajilla Sue estaba decorada con esmaltes de fresno natural verdoso . Desde el 552 al 794 d.C., se introdujeron esmaltes de diferentes colores. Los esmaltes de tres colores de la dinastía Tang se utilizaron con frecuencia durante un período, pero se eliminaron gradualmente; no se han recuperado los colores y composiciones precisos de los esmaltes. Sin embargo, el esmalte de ceniza natural se usaba comúnmente en todo el país.

En el siglo XIII, los diseños florales se pintaban con sobrecruzados rojos, azules, verdes, amarillos y negros. Los overglazes se hicieron muy populares debido al aspecto particular que le daban a la cerámica .

Desde el siglo VIII, el uso de cerámica vidriada prevaleció en el arte islámico y la alfarería islámica , generalmente en forma de cerámica elaborada . El acristalamiento opacificado con estaño fue una de las primeras nuevas tecnologías desarrolladas por los alfareros islámicos. Los primeros esmaltes opacos islámicos se pueden encontrar como cerámica pintada de azul en Basora , que datan alrededor del siglo VIII. Otra contribución significativa fue el desarrollo del gres , originario del Iraq del siglo IX. Otros centros de cerámica innovadora en el mundo islámico fueron Fustat (de 975 a 1075), Damasco (de 1100 a alrededor de 1600) y Tabriz (de 1470 a 1550).

Impacto medioambiental

Modelo de estupa vidriada , dinastía Yuan

A partir de 2012, se informaron más de 650 establecimientos de fabricación de cerámica en los Estados Unidos, y probablemente muchos más en el mundo desarrollado y en desarrollo. Baldosas, baldosas de pared, artículos sanitarios, accesorios de baño, utensilios de cocina y vajilla son productos potenciales que contienen cerámica que están disponibles para los consumidores. Los metales pesados ​​son metales densos que se utilizan en esmaltes para producir un color o textura particular. Es más probable que los componentes del esmalte se filtren al medio ambiente cuando los productos cerámicos no reciclados se exponen a agua tibia o ácida. La lixiviación de metales pesados ​​se produce cuando los productos cerámicos se esmaltan incorrectamente o se dañan. El plomo y el cromo son dos metales pesados ​​que se utilizan habitualmente en los esmaltes cerámicos y que están muy controlados por las agencias gubernamentales debido a su toxicidad y capacidad de bioacumulación.

Química del óxido de metal

Los metales utilizados en los esmaltes cerámicos se encuentran típicamente en forma de óxidos metálicos.

Óxido de plomo (II)

Los fabricantes de cerámica utilizan principalmente óxido de plomo (II) (PbO) como fundente por su bajo rango de fusión, amplio rango de cocción, baja tensión superficial, alto índice de refracción y resistencia a la desvitrificación . El plomo utilizado en la fabricación de esmaltes comerciales se une molecularmente a la sílice en una proporción de 1: 1, o se incluye en forma de frita , para asegurar la estabilización y reducir el riesgo de lixiviación.

En ambientes contaminados, el dióxido de nitrógeno reacciona con el agua ( H
2
O
) para producir ácido nitroso ( HNO
2
) y ácido nítrico ( HNO
3
).

H
2
O
+ 2 NO
2
HNO
2
+ HNO
3

Nitrato de plomo soluble (II) ( Pb (NO
3
)
2
) se forma cuando el óxido de plomo (II) (PbO) de los esmaltes con plomo se expone al ácido nítrico ( HNO
3
)

PbO + 2 HNO
3
Pb (NO
3
)
2
+ H
2
O

Debido a que la exposición al plomo está fuertemente relacionada con una variedad de problemas de salud, denominados colectivamente envenenamiento por plomo , la eliminación de vidrio con plomo (principalmente en forma de pantallas CRT desechadas) y cerámica vidriada con plomo está sujeta a regulaciones de desechos tóxicos .

Carbonato de bario y carbonato de estroncio

El carbonato de bario (BaCO 3 ) se utiliza para crear un color de esmalte único conocido como azul de bario. Sin embargo, se ha cuestionado la naturaleza ética del uso de carbonato de bario para esmaltes en superficies de contacto con alimentos. La intoxicación por bario por ingestión puede provocar convulsiones, parálisis, malestar digestivo y la muerte. También es algo soluble en ácido y puede contaminar el agua y el suelo durante largos períodos de tiempo. Estas preocupaciones han llevado a intentos de sustituir el carbonato de estroncio (SrCO 3 ) en esmaltes que requieren carbonato de bario. A diferencia del carbonato de bario, los NIH no consideran el carbonato de estroncio como un peligro para la seguridad . Los experimentos de sustitución de estroncio tienden a tener éxito en esmaltes de tipo brillo, aunque hay algunos efectos y colores producidos en esmaltes de tipo mate que solo se pueden obtener mediante el uso de bario.

Para reducir la probabilidad de lixiviación, se usa carbonato de bario en forma de frita y se une a sílice en una proporción de 1: 1. También se recomienda que no se utilicen esmaltes de bario en superficies de contacto con alimentos o artículos al aire libre.

Óxido de cromo (III)

Óxido de cromo (III) ( Cr
2
O
3
) se utiliza como colorante en esmaltes cerámicos. El óxido de cromo (III) puede sufrir una reacción con el óxido de calcio (CaO) y el oxígeno atmosférico a las temperaturas alcanzadas por un horno para producir cromato de calcio ( CaCrO
4
). La reacción de oxidación cambia el cromo de su estado de oxidación +3 a su estado de oxidación +6. El cromo (VI) es muy soluble y el más móvil de todas las otras formas estables de cromo.

Cr
2
O
3
+ 2CaO + 32 O
2
CaCrO
4

El cromo puede ingresar a los sistemas de agua a través de descargas industriales. El cromo (VI) puede entrar al medio ambiente directamente o los oxidantes presentes en el suelo pueden reaccionar con el cromo (III) para producir cromo (VI). Las plantas tienen cantidades reducidas de clorofila cuando se cultivan en presencia de cromo (VI).

Óxido de uranio (IV) ( U O 2 )

Los esmaltes cerámicos a base de uranio son de color verde oscuro o negro cuando se cuecen en una reducción o cuando se usa UO 2 ; más comúnmente se usa en la oxidación para producir esmaltes de color amarillo brillante, naranja y rojo. Los esmaltes de uranio se usaron en las décadas de 1920 y 1930 para fabricar baldosas de uranio , relojes, relojes y diales de aviones.

El dióxido de uranio se produce reduciendo el trióxido de uranio con hidrógeno .

UO 3 + H 2 → UO 2 + H 2 O a 700 ° C (973 K)

Prevención

La oxidación del cromo durante los procesos de fabricación se puede reducir con la introducción de compuestos que se unen al calcio. Las industrias cerámicas son reacias a utilizar alternativas de plomo, ya que los esmaltes con plomo proporcionan productos con un brillo brillante y una superficie lisa. La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos ha experimentado con un esmalte dual, una alternativa de bario al plomo, pero no logró el mismo efecto óptico que los esmaltes con plomo.

Galería

Ver también

Referencias

Bibliografía