Mentre una fornace si accende e si raffredda, i cambiamenti di temperatura apportano profondi cambiamenti all’argilla. L’argilla passa da questa sostanza morbida e totalmente fragile a una che è dura come una roccia, impermeabile all’acqua, al vento e al tempo. Il cambiamento è quasi mistico nella sua completa metamorfosi e potrebbe essere ritenuto tale se non fosse così comune.
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Indice
Essiccazione atmosferica
Quando la ceramica viene messa nel forno, è quasi sempre completamente asciutta . Tuttavia, c’è ancora acqua intrappolata negli spazi tra le particelle di argilla.
Man mano che l’argilla viene riscaldata lentamente, quest’acqua evapora dall’argilla. Se l’argilla viene riscaldata troppo velocemente, l’acqua si trasformerà in vapore proprio all’interno del corpo dell’argilla, espandendosi con un effetto esplosivo sulla pentola.
Quando viene raggiunto il punto di ebollizione dell’acqua (212 F e 100 C al livello del mare), tutta l’acqua atmosferica dovrebbe essere evaporata dal corpo di argilla . Ciò comporterà la compattazione dell’argilla e un minimo restringimento.
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Bruciare carbonio e zolfo
Tutti i corpi di argilla contengono una certa quantità di carbonio, materiali organici e zolfo. Questi bruciano tra 572 F e 1470 F (300 C e 800 C). Se per qualche motivo, come una scarsa ventilazione all’interno del forno, questi non sono in grado di bruciare dal corpo di argilla, si verificherà un carotaggio da carbonio . Ciò indebolirà notevolmente il corpo di argilla.
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L’acqua combinata chimicamente viene espulsa
L’argilla può essere caratterizzata come una molecola di allumina e due molecole di silice legate a due molecole di acqua. Anche dopo che l’acqua atmosferica è scomparsa, l’argilla contiene ancora circa il 14 percento di acqua legata chimicamente in peso. Il vaso sarà sostanzialmente più leggero, ma senza restringimento fisico.
Il legame di questa acqua chimicamente combinata si allenta quando viene riscaldata. Sovrapponendo la combustione di carbonio e zolfo, l’acqua chimicamente legata fuoriesce dal corpo di argilla tra 660 F e 1470 F (350 C e 800 C). Se l’acqua si riscalda troppo rapidamente, può causare di nuovo la produzione esplosiva di vapore all’interno del corpo di argilla. È a causa di tutti questi cambiamenti (e altro) che il programma di cottura deve consentire un lento accumulo di calore.
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Si verifica l’inversione del quarzo
I ceramisti lo chiamano silice, ma l’ossido di silice è anche noto come quarzo. Il quarzo ha una struttura cristallina che cambia a temperature specifiche. Questi cambiamenti sono noti come inversioni. Una di queste inversioni si verifica a 1060 F (573 C).
Il cambiamento nella struttura cristallina causerà in realtà un aumento delle dimensioni della ceramica del 2 percento durante il riscaldamento, e la perdita di questo 2 percento durante il raffreddamento. La ceramica è fragile durante questa inversione del quarzo e la temperatura del forno deve essere aumentata (e in seguito raffreddata) lentamente durante il cambiamento.
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Sinterizzazione
Prima che gli ossidi di fabbricazione del vetro inizino a sciogliersi, le particelle di argilla si attaccheranno già tra loro. A partire da circa 1650 F (900 C), le particelle di argilla iniziano a fondersi. Questo processo di cementazione è chiamato sinterizzazione. Dopo che la ceramica è stata sinterizzata, non è più veramente argilla ma è diventata un materiale ceramico.
La cottura del biscotto avviene solitamente a circa 1730 F (945 C) dopo che la ceramica è stata sinterizzata ma è ancora porosa e non ancora vetrificata. Ciò consente alle vernici umide e grezze di aderire alla ceramica senza che questa si disintegri.
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Vetrificazione e maturazione
La maturazione di un impasto di argilla è un equilibrio tra la vetrificazione dell’impasto, che conferisce durezza e durevolezza, e una vetrificazione così elevata che l’oggetto inizia a deformarsi, afflosciarsi o addirittura formare pozze sulla mensola del forno.
La vetrificazione è un processo graduale durante il quale i materiali che si fondono più facilmente lo fanno. Si sciolgono e riempiono gli spazi tra le particelle più refrattarie. I materiali fusi promuovono un’ulteriore fusione, oltre a compattare e rafforzare il corpo di argilla.
È anche durante questa fase che si forma la mullite (silicato di alluminio). Si tratta di cristalli lunghi e aghiformi che agiscono come leganti, legando e rafforzando ulteriormente il corpo dell’argilla.
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Temperature di maturazione
La temperatura a cui viene cotta un’argilla fa una differenza enorme. Un’argilla cotta a una certa temperatura può essere morbida e porosa, mentre la stessa argilla cotta a una temperatura più alta può essere dura e impermeabile.
È anche fondamentale notare che argille diverse maturano a temperature diverse, a seconda della loro composizione. Una terracotta rossa contiene una grande quantità di ferro che agisce come un flusso. Un corpo di argilla di terracotta può cuocere fino a maturazione a circa 1830 F (1000 C) e può fondersi a 2280 F (1250 C). D’altro canto, un corpo di porcellana fatto di caolino puro potrebbe non maturare fino a circa 2500 F (1390 C) e non fondersi fino a oltre 3270 F (1800 C).
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Durante il raffreddamento
C’è un altro evento che l’argilla attraversa mentre si raffredda. Si tratta del restringimento improvviso della cristobalite, una forma cristallina di silice, quando si raffredda oltre i 420 F (220 C). La cristobalite si trova in tutti i corpi di argilla, quindi bisogna fare attenzione a raffreddare lentamente il forno mentre si muove attraverso questa temperatura critica. Altrimenti, i vasi svilupperanno delle crepe.