Освоение разработки глазурей: подробное руководство для керамистов со всего мира

Разработка глазурей — сложный, но приносящий удовлетворение аспект керамики. Понимание принципов создания глазури дает вам возможность добиваться уникальных эффектов, решать проблемы и, в конечном счете, полнее выражать свое художественное видение. Это всеобъемлющее руководство представляет собой глубокое погружение в мир разработки глазурей, охватывая все, от основ химии глазурей до передовых техник создания потрясающих и надежных глазурей. Независимо от того, новичок ли вы, только начинающий свой путь, или опытный керамист, желающий усовершенствовать свои навыки, это руководство снабдит вас знаниями и инструментами, необходимыми для овладения искусством разработки глазурей.

Понимание химии глазурей

Глазурь — это, по сути, тонкий слой стекла, сплавленный с керамическим телом во время обжига. Чтобы понять, как работают глазури, необходимо усвоить некоторые фундаментальные концепции химии стекла.

Три столпа глазури: флюс, стабилизатор и стеклообразователь

Глазури состоят из трех основных компонентов, часто называемых «тремя столпами»:

Флюсы: Эти материалы снижают температуру плавления глазури. Распространенные флюсы включают оксиды натрия, калия, лития, кальция, магния, бария и цинка. Различные флюсы по-разному влияют на глазурь, воздействуя на ее температуру плавления, цветовую реакцию и текстуру поверхности. Например, кальцинированная сода (карбонат натрия) является сильным флюсом, но при избытке может вызывать цек. Карбонат лития — еще один мощный флюс, часто используемый для создания ярких цветов и гладких поверхностей.
Стабилизаторы: Эти материалы обеспечивают структуру и стабильность расплавленной глазури. Наиболее важным стабилизатором является глинозем (Al₂O₃), который обычно вводится через глинистые минералы, такие как каолин, или через гидрат оксида алюминия. Глинозем увеличивает вязкость глазури, предотвращая ее стекание с изделия во время обжига, а также повышает прочность глазури.
Стеклообразователи: Кремнезем (SiO₂) является основным стеклообразователем. Он формирует стекловидную сетку глазури. Сам по себе кремнезем имеет очень высокую температуру плавления, поэтому для его плавления при температурах керамического обжига необходимы флюсы. Кварц и кремень являются распространенными источниками кремнезема в глазурях.

Единичная молекулярная формула (UMF)

Единичная молекулярная формула (UMF) — это стандартизированный способ представления химического состава глазури. Она выражает относительные молярные соотношения различных оксидов в формуле глазури, при этом сумма флюсов нормализована до 1.0. Это позволяет легче сравнивать и анализировать различные рецепты глазурей.

Структура UMF выглядит следующим образом:

Флюсы: RO (например, CaO, MgO, BaO, ZnO) + R₂O (например, Na₂O, K₂O, Li₂O) = 1.0

Стабилизатор: R₂O₃ (например, Al₂O₃)

Стеклообразователь: RO₂ (например, SiO₂)

Понимание UMF позволяет вам регулировать пропорции различных оксидов в вашей формуле глазури для достижения определенных свойств. Например, увеличение содержания кремнезема, как правило, делает глазурь более прочной и менее склонной к цеку, в то время как увеличение содержания флюса снижает температуру плавления и делает глазурь более текучей.

Изучение сырьевых материалов

В разработке глазурей может использоваться огромное количество сырьевых материалов, каждый из которых вносит определенные оксиды и влияет на конечные свойства глазури. Понимание этих материалов имеет решающее значение для создания успешных глазурей.

Распространенные материалы для глазурей и их роль

Глины: Каолин (фарфоровая глина) является распространенным источником глинозема и кремнезема. Он помогает суспендировать глазурь в воде и придает объем глазурной массе. Также можно использовать шаровую глину, но она содержит больше примесей и может влиять на цвет глазури.
Источники кремнезема: Кварц и кремень — это чистые формы кремнезема. Их часто тонко измельчают для обеспечения надлежащего плавления. Песок также можно использовать, но он должен быть очень чистым и без примесей.
Полевые шпаты: Эти минералы представляют собой сложную смесь кремнезема, глинозема и различных флюсов (натрия, калия, кальция). Они являются распространенным источником нескольких оксидов в глазурях. Примеры включают:

Натриевый полевой шпат (Альбит): С высоким содержанием оксида натрия.
Калиевый полевой шпат (Ортоклаз): С высоким содержанием оксида калия.
Кальциевый полевой шпат (Анортит): С высоким содержанием оксида кальция.

Карбонаты: Эти материалы разлагаются при обжиге, выделяя углекислый газ и оставляя после себя оксид металла. Примеры включают:

Карбонат кальция (Мел): Источник оксида кальция.
Карбонат магния (Магнезит): Источник оксида магния.
Карбонат бария: Источник оксида бария (использовать с осторожностью - токсичен!).
Карбонат стронция: Источник оксида стронция.

Оксиды: Чистые оксиды металлов могут добавляться в глазури для достижения определенных цветов и эффектов. Примеры включают:

Оксид железа (красный железняк, черный оксид железа): Дает коричневые, желтые, зеленые и черные цвета в зависимости от атмосферы обжига.
Оксид меди (карбонат меди): Дает зеленые цвета в окислительной среде и красные в восстановительной.
Оксид кобальта (карбонат кобальта): Дает насыщенные синие цвета.
Диоксид марганца: Дает коричневые, фиолетовые и черные цвета.
Оксид хрома: Дает зеленые цвета.
Диоксид титана: Создает рутиловые эффекты и может влиять на цвет.

Фритты: Это предварительно расплавленные стекла, измельченные в порошок. Они используются для введения флюсов и других оксидов в более стабильной и предсказуемой форме. Фритты особенно полезны для введения растворимых материалов, таких как бура, или материалов, выделяющих газы при обжиге, таких как карбонаты. Использование фритт может помочь минимизировать дефекты глазури.
Другие добавки:

Бентонит: Глина, которая действует как суспендирующий агент и помогает поддерживать глазурь во взвешенном состоянии.
КМЦ (Карбоксиметилцеллюлоза): Органический клей, используемый для улучшения адгезии глазури и предотвращения оседания.
Эпсомская соль (Сульфат магния): Может добавляться для дефлокуляции глазури и улучшения ее свойств при нанесении кистью.

Меры предосторожности

Многие материалы для глазурей опасны при вдыхании или проглатывании. Всегда носите респиратор при работе с сухими материалами для глазурей и работайте в хорошо проветриваемом помещении. Некоторые материалы, такие как карбонат бария, особенно токсичны и требуют особой осторожности. Всегда сверяйтесь с паспортом безопасности материала (MSDS) для каждого используемого материала и соблюдайте рекомендуемые меры предосторожности.

Техники расчета глазурей

Расчет рецептов глазурей может показаться сложным на первый взгляд, но это ключевой навык для понимания и манипулирования формулами глазурей. Существует несколько методов расчета глазурей, от простых процентных расчетов до более сложных расчетов по UMF.

От процентов к граммам: порционные рецепты

Большинство рецептов глазурей изначально представлены в виде процентов. Чтобы приготовить порцию глазури, вам нужно перевести эти проценты в граммы (или другие единицы веса). Процесс прост:

Определите общий размер порции, которую вы хотите приготовить (например, 1000 грамм).
Умножьте каждый процент в рецепте на общий размер порции.
Разделите результат на 100, чтобы получить вес каждого материала в граммах.

Пример:

Дан рецепт глазури:

Полевой шпат: 50%
Каолин: 25%
Мел: 25%

Для приготовления 1000-граммовой порции расчет будет следующим:

Полевой шпат: (50/100) * 1000 = 500 грамм
Каолин: (25/100) * 1000 = 250 грамм
Мел: (25/100) * 1000 = 250 грамм

Использование программ для расчета глазурей

Несколько программ и онлайн-инструментов могут значительно упростить расчет глазурей. Эти инструменты позволяют вам вводить желаемую UMF или целевые процентные содержания оксидов, и они рассчитают для вас порционный рецепт. Они также позволяют легко корректировать рецепт и видеть, как это влияет на общий состав глазури. Некоторые популярные варианты включают:

Insight-Live: Веб-программа для расчета глазурей с широким спектром функций, включая расчет UMF, базу данных материалов и обмен рецептами.
GlazeMaster: Настольная программа для расчета глазурей и управления рецептами.
Matrix: Еще один веб-вариант для расчета глазурей.

Понимание предельных формул

Предельные формулы — это рекомендации, определяющие допустимые диапазоны для различных оксидов в глазури. Они предоставляют основу для создания сбалансированных и стабильных глазурей. Придерживаясь предельных формул, вы можете минимизировать риск дефектов глазури, таких как цек, отскок и выщелачивание.

Например, типичная предельная формула для глазури на конус 6 может быть такой:

Al₂O₃: 0.3 - 0.6
SiO₂: 2.0 - 4.0

Это означает, что содержание глинозема в глазури должно находиться в пределах от 0.3 до 0.6 молей, а содержание кремнезема — от 2.0 до 4.0 молей.

Температура и атмосфера обжига

Температура и атмосфера обжига оказывают глубокое влияние на конечный вид глазури. Разные глазури предназначены для созревания при разных температурах, и атмосфера в печи может значительно влиять на цвет и текстуру глазури.

Понимание конусных температур

Температуры керамического обжига обычно измеряются с помощью пирометрических конусов. Это маленькие, тонкие пирамидки из керамических материалов, которые размягчаются и сгибаются при определенных температурах. Различные номера конусов соответствуют разным температурным диапазонам.

Распространенные диапазоны обжига включают:

Конус 06-04 (Низкотемпературный обжиг): Примерно 1000-1063°C (1830-1945°F). Подходит для фаянса и раку.
Конус 5-6 (Среднетемпературный обжиг): Примерно 1186-1222°C (2167-2232°F). Популярный диапазон для каменной массы и фарфора.
Конус 8-10 (Высокотемпературный обжиг): Примерно 1250-1305°C (2282-2381°F). Обычно используется для фарфора и высокотемпературной каменной массы.

Окислительный и восстановительный обжиг

Атмосфера в печи во время обжига может быть либо окислительной, либо восстановительной. Окислительная атмосфера — это атмосфера с большим количеством кислорода, в то время как восстановительная атмосфера — это атмосфера с ограниченным количеством кислорода.

Окислительный обжиг: Достигается в электрических печах и в газовых печах с достаточной подачей воздуха. Окислительный обжиг обычно дает более яркие и стабильные цвета.
Восстановительный обжиг: Достигается в газовых печах путем ограничения подачи воздуха. Восстановительный обжиг создает богатую углеродом атмосферу, которая может изменять степени окисления оксидов металлов, что приводит к уникальным и часто непредсказуемым цветовым эффектам. Медно-красные глазури, например, обычно получают путем восстановительного обжига.

Устранение дефектов глазури

Дефекты глазури — это частые проблемы в керамике, но понимание причин этих дефектов может помочь вам предотвратить и исправить их.

Распространенные дефекты глазури и их причины

Цека: Сеть мелких трещин на поверхности глазури. Цека обычно вызывается несоответствием термического расширения глазури и глиняного тела. Глазурь сжимается больше, чем глиняное тело во время охлаждения, что приводит к ее растрескиванию. Решения включают:

Увеличение содержания кремнезема в глазури.
Уменьшение содержания щелочей (натрия, калия, лития) в глазури.
Использование глиняного тела с более низким термическим расширением.

Отскок: Противоположность цеку, когда глазурь отслаивается от керамического тела. Отскок вызван тем, что глазурь сжимается меньше, чем глиняное тело во время охлаждения. Решения включают:

Уменьшение содержания кремнезема в глазури.
Увеличение содержания щелочей в глазури.
Использование глиняного тела с более высоким термическим расширением.

Сборка (свёртывание): Глазурь отходит от поверхности во время обжига, оставляя голые участки на керамике. Сборка может быть вызвана:

Слишком толстым нанесением глазури.
Нанесением глазури на пыльную или жирную поверхность.
Использованием глазури с высоким поверхностным натяжением.

Наколы: Мелкие отверстия на поверхности глазури. Наколы могут быть вызваны:

Выходом газов из глиняного тела или глазури во время обжига.
Недостаточным временем выдержки при пиковой температуре обжига.
Нанесением глазури на пористое или недожженное глиняное тело.

Подтёки: Глазурь чрезмерно течет во время обжига, заставляя ее капать с изделия. Подтёки вызваны:

Использованием глазури с очень низкой вязкостью.
Пережогом глазури.
Слишком толстым нанесением глазури.

Вспучивание: Большие пузыри на поверхности глазури. Вспучивание может быть вызвано:

Пережогом глазури.
Газами, запертыми в глазури во время обжига.
Высоким содержанием карбонатов в глазури.

Матовость: Глазурь недостаточно блестящая. Матовость может быть вызвана:

Недожогом.
Слишком большим количеством глинозема в глазури.
Девитрификацией (образованием кристаллов на поверхности).

Диагностическое тестирование

При устранении дефектов глазури полезно проводить диагностические тесты для выявления основной причины. Некоторые полезные тесты включают:

Линейное смешивание: Постепенное изменение пропорции двух материалов в глазури, чтобы увидеть, как это влияет на свойства глазури.
Триадное смешивание: Смешивание трех различных материалов в различных пропорциях для изучения более широкого спектра возможностей глазури.
Тест на термическое расширение: Измерение термического расширения глазури и глиняного тела для проверки совместимости.
Тест диапазона обжига: Обжиг глазури при различных температурах для определения ее оптимального диапазона обжига.

Продвинутые техники глазурования

Как только вы получите твердое понимание основ разработки глазурей, вы можете начать изучать более продвинутые техники для создания уникальных и сложных эффектов.

Рутиловые глазури

Рутил (диоксид титана) — это универсальный материал, который может создавать широкий спектр эффектов в глазурях, от тонкой пестроты до впечатляющего роста кристаллов. Рутиловые глазури часто имеют пятнистый или полосатый вид с вариациями цвета и текстуры. Эффект обусловлен кристаллизацией диоксида титана из расплавленной глазури во время охлаждения.

Кристаллические глазури

Кристаллические глазури характеризуются ростом больших, видимых кристаллов на поверхности глазури. Эти кристаллы обычно являются кристаллами силиката цинка (виллемита). Кристаллические глазури требуют точного контроля графика обжига и состава глазури для достижения успешного роста кристаллов.

Опалесцентные глазури

Опалесцентные глазури имеют молочный или радужный вид, похожий на драгоценные камни опалы. Этот эффект вызван рассеянием света крошечными частицами, взвешенными в глазури. Опалесценции можно достичь, добавляя в глазурь такие материалы, как оксид олова, оксид циркония или диоксид титана.

Вулканические глазури

Вулканические глазури характеризуются своей грубой, кратерной и пузырчатой поверхностью, напоминающей вулканическую породу. Эти глазури часто создаются путем добавления материалов, которые разлагаются и выделяют газы во время обжига, создавая характерную текстуру поверхности. Для создания вулканических эффектов можно использовать такие материалы, как карбид кремния, сульфид железа или диоксид марганца.

Рецепты глазурей: отправная точка

Вот несколько рецептов глазурей для начала. Помните, что всегда нужно тестировать глазури в малом масштабе, прежде чем наносить их на большое изделие.

Прозрачная глазурь на конус 6

Фритта 3134: 50%
Каолин: 25%
Кремнезем: 25%

Матовая глазурь на конус 6

Фритта 3134: 40%
EPK (каолин): 20%
Мел: 20%
Кремнезем: 20%

Железная протравка на конус 6 (для декоративных эффектов)

Красный железняк: 50%
Шаровая глина: 50%

Примечание: Эти рецепты являются отправными точками и могут потребовать корректировки в соответствии с вашим конкретным глиняным телом, условиями обжига и желаемыми эффектами. Всегда тщательно тестируйте.

Ресурсы для дальнейшего обучения

Существует множество отличных ресурсов для дальнейшего изучения разработки глазурей. Вот несколько предложений:

Книги:

"Наука о керамике для гончара" У.Г. Лоуренса
"Освоение глазурей на конус 6" Джона Хессельберта и Рона Роя
"Полное руководство по среднетемпературным глазурям" Джона Бритта

Веб-сайты и онлайн-форумы:

Ceramic Arts Daily
Potters.org
Clayart

Мастер-классы и курсы:

Посещайте мастер-классы и курсы, проводимые опытными керамистами, чтобы перенять их опыт и получить практические навыки.

Заключение

Разработка глазурей — это путь открытий и экспериментов. Понимая принципы химии глазурей, изучая сырьевые материалы и овладевая техниками расчета, вы можете открыть мир творческих возможностей. Не бойтесь экспериментировать, делать заметки и учиться на своих ошибках. С терпением и настойчивостью вы сможете разработать свои собственные уникальные рецепты глазурей и создавать потрясающие керамические произведения искусства, отражающие ваше личное видение. Помните, что разработка глазурей — это не точная наука, и всегда будет элемент неожиданности и счастливой случайности. Примите неожиданное и наслаждайтесь процессом создания красивых и функциональных глазурей.