Keramische Glasur ist eine undurchlässige Schicht oder Beschichtung aus einer glasartigen Substanz, die durch Brennen mit einem keramischen Körper verschmolzen wurde. Die Glasur kann dazu dienen, einen Gegenstand zu färben, zu verzieren oder wasserdicht zu machen. Durch die Glasur werden Steingutgefäße flüssigkeitsdicht, da sie die natürliche Porosität von unglasiertem Biskuitsteingut verschließt. Außerdem verleiht sie eine widerstandsfähigere Oberfläche. Glasur wird auch auf Steingut und Porzellan verwendet. Zusätzlich zu ihrer Funktionalität können Glasuren eine Vielzahl von Oberflächenbeschaffenheiten hervorbringen, darunter glänzende oder matte Oberflächen und Farben. Glasuren können auch das zugrundeliegende Design oder die Textur verbessern, entweder unverändert oder beschriftet, geschnitzt oder bemalt.

Die meisten in den letzten Jahrhunderten hergestellten Töpferwaren wurden glasiert, mit Ausnahme von Stücken aus unglasiertem Biskuitporzellan, Terrakotta oder einigen anderen Arten. Fliesen sind fast immer auf der Oberfläche glasiert, und moderne architektonische Terrakotta ist sehr oft glasiert. Auch glasierte Ziegel sind üblich. Sanitärkeramik für den Hausgebrauch ist immer glasiert, ebenso wie viele Keramiken, die in der Industrie verwendet werden, z. B. keramische Isolatoren für Freileitungen.

Die wichtigsten Gruppen traditioneller Glasuren, die jeweils nach dem wichtigsten keramischen Flussmittel benannt sind, sind:

Ascheglasur, wichtig in Ostasien, einfach aus Holz- oder Pflanzenasche hergestellt, die Pottasche und Kalk enthält.
Feldspatglasuren von Porzellan.
Bleiglasuren, einfarbig oder farbig, sind nach dem Brand, der nur etwa 800 °C benötigt, glänzend und transparent. Sie werden seit etwa 2.000 Jahren in China (z. B. Sancai), im Mittelmeerraum und in Europa (z. B. viktorianische Majolika) verwendet.
Salzglasur, meist europäisches Steingut. Dabei wird gewöhnliches Salz verwendet.
Zinnglasur, bei der die Ware mit einer Bleiglasur überzogen wird, die durch den Zusatz von Zinn undurchsichtig weiß wird. Sie war im Alten Orient bekannt und spielte dann eine wichtige Rolle in der islamischen Töpferei, von wo aus sie nach Europa gelangte. Dazu gehören Hispano-Moresque-Ware, Maiolika (auch Majolika genannt), Fayence und Delfter Keramik.

Die moderne Werkstofftechnik hat neue Glasuren erfunden, die nicht in diese traditionellen Kategorien fallen.

Zweck
Ab einer Brenntemperatur von 1250 ° C wird Steinzeug aus den Stücken gebrannt. Porzellan wird bei Temperaturen bis 1400 ° C gebrannt. Es entstehen interkristalline glasartige Phasen, die für eine geschlossene Porosität und eventuell eine Selbstglasur sorgen. Allerdings ist die Oberfläche oft rau und hat die Farbe des entsprechenden Grundmaterials. Die Glasur wird mit zusätzlichen Materialien hergestellt, mit denen eine harte, geschlossene Oberflächenschicht und verschiedene Farben erzeugt werden können. Die Bestandteile der Glasur bilden miteinander und mit dem Grundmaterial eine Glasschicht aus einem Gemisch verschiedener Oxide.

Glasuren werden zur Verbesserung der ästhetischen Wirkung (Farb- und Effektglasuren) aufgetragen oder dienen zur Verbesserung der mechanischen und elektrischen Eigenschaften.

Bei Geschirr wird durch die Glasur die Oberflächenrauhigkeit verringert, so dass es leichter zu reinigen ist, und die Kratzhärte wird erhöht, was die Gebrauchseigenschaften verbessert, da weniger gekratzt wird.

Hochspannungsisolatoren aus Elektroporzellan werden glasiert, um die Festigkeit des Isolators durch eine Eigenspannung zu erhöhen. Gleichzeitig wird eine geeignete chemische Zusammensetzung der Oberfläche erreicht, die durch Verringerung der Leitfähigkeit (keine Wasseraufnahme) den Leckstrom reduziert. Die verringerte Rauhigkeit verhindert auch eine schnellere Verschmutzung.

Zusammensetzung
Glasuren müssen ein keramisches Flussmittel enthalten, das durch die Förderung der teilweisen Verflüssigung in den Tonmassen und den anderen Glasurmaterialien wirkt. Flussmittel senken den hohen Schmelzpunkt der Glasbildner Kieselsäure und manchmal Bortrioxid. Diese Glasbildner können in den Glasurmassen enthalten sein oder aus dem darunter liegenden Ton entnommen werden.

Rohstoffe für keramische Glasuren enthalten im Allgemeinen Kieselsäure, die der wichtigste Glasbildner ist. Verschiedene Metalloxide, wie Natrium, Kalium und Kalzium, wirken als Flussmittel und senken daher die Schmelztemperatur. Tonerde, die häufig aus Ton gewonnen wird, macht die geschmolzene Glasur steif, damit sie nicht vom Stück abläuft. Farbstoffe wie Eisenoxid, Kupferkarbonat oder Kobaltkarbonat und manchmal auch Trübungsmittel wie Zinnoxid oder Zirkoniumoxid werden verwendet, um das optische Erscheinungsbild der gebrannten Glasur zu verändern.

Chemisch gesehen bestehen Glasuren (wie andere Gläser auch) aus einer Mischung von Mineralmehlen. Gelegentlich werden Metalle wie Blei oder Gold als bestimmende Elemente zugesetzt.

Mineralien
Die Mineralien sind zum einen Netzbildner wie Kieselsäure (in Form von Quarzmehl), Flussmittel oder Schmelzpunktserniedriger wie Alkali- und Erdalkalioxide, meist Natrium- und Calciumoxid, die häufig in Form von Feldspat oder Kreide zugesetzt werden, oder Bor- und Bleiverbindungen, die häufig als Fritten verwendet werden können, sowie Aluminiumoxid als Konsistenzgeber und Viskositätsverbesserer.

Blei-Glasuren sind besonders korrosionsbeständig, während die niedrigschmelzenden Bestandteile Natrium und Kalium leichter entfernt werden.

Bei der seit dem späten Mittelalter bekannten Salzglasur wird dem Feuer, dessen Rauchgase den Ofen umströmen, Steinsalz (Natriumchlorid) zugesetzt. Das bei hoher Temperatur freigesetzte Natriumoxid verbindet sich mit den Scherben und senkt die Schmelztemperatur der Oberflächenschicht, so dass sich eine Glasschicht bildet.

Farben
Je höher die Brenntemperatur und der erreichbare Widerstand, desto begrenzter ist die Farbpalette. Während die Farbe Weiß durch Dispersion (Zugabe von Zinn- oder Zirkonoxid) entsteht, können andere Farben nur durch Zugabe von färbenden Metalloxiden erreicht werden. Die blaue Kobaltglasur ist sehr bekannt. Grün wird durch Chromoxid erzeugt, Brauntöne durch Mangan oder das oft schon enthaltene Eisen. Unter reduzierender Brennatmosphäre führt ein Eisengehalt zu graublauen Farbtönen.

Niedrig gebrannte bunte keramische Glasuren enthalten oft noch lösliche Bestandteile, die beim Gebrauch so viel Substanz abgeben, dass sie noch giftig sind. Das gilt oft für Ornamente mit aufgetragenen Engoben, die nicht vollständig „glasiert“ und im Vergleich zu Glasuren kristalliner und weniger geschlossen an der Oberfläche sind.

Porzellanobjekte, die bei 1450° C glatt gebrannt werden, gelten als unbedenklich – auch wenn sie giftige Farbstoffe enthalten. Die Schwermetalle in den Silikaten sind fest glasiert und damit gebunden.

Die Bemalung von Porzellan und Fayencen kann als Unterglasurmalerei mit Scharfschützenbrandfarben bei hoher Temperatur erfolgen oder mit temperaturempfindlichen Glasurfarben, die die Hitze auf die glasierte Ware reduzieren.

Bestimmte Oxide wie Kobalt waren lange Zeit der Luxusproduktion vorbehalten. Tatsächlich kam das reinste Kobalt teuer aus dem Nahen Osten über Spanien. Das aus Mitteleuropa lieferte weniger tiefe und mehr graue Blautöne.

Blau: Kobalt + Titan (Rutil)
Braun: Eisen + Mangan
Bläulichgrau: Eisen + Kobalt
Gelb: Kobalt + Vanadium
Schwarz: Kupfer + Mangan
Ocker: Eisen + Vanadium
Grün: Kupfer + Eisen oder Kupfer + Chrom

Die Farben und Strukturen der keramischen Emaillen hängen auch von der Atmosphäre des Brandes ab, in dem sie entstanden sind:

Oxidierend (genügend Sauerstoff, um den gesamten Brennstoff zu verbrennen)
Reduzierend (während des Brennvorgangs ist nicht genügend Sauerstoff vorhanden, um den gesamten Brennstoff zu verbrauchen, und die Flamme sucht diesen Sauerstoff im Material der Emaille selbst, wodurch sich ihre chemischen Eigenschaften und damit ihr Aussehen verändern).

Verfahren
Die Glasur kann durch Aufstäuben einer trockenen Mischung auf die Oberfläche des Tonkörpers oder durch Einbringen von Salz oder Soda in den Ofen bei hohen Temperaturen aufgetragen werden, um eine Atmosphäre zu schaffen, die reich an Natriumdampf ist, der mit den Aluminium- und Siliziumoxiden im Körper interagiert, um Glas zu bilden und abzuscheiden, wodurch die so genannte Salzglasurkeramik entsteht. Am häufigsten werden Glasuren in wässriger Suspension verschiedener pulverisierter Mineralien und Metalloxide aufgetragen, indem die Stücke direkt in die Glasur getaucht werden. Andere Techniken bestehen darin, die Glasur über das Stück zu gießen, sie mit einer Spritzpistole oder einem ähnlichen Werkzeug auf das Stück zu sprühen oder sie direkt mit einem Pinsel oder einem anderen Werkzeug aufzutragen.

Um zu verhindern, dass der glasierte Gegenstand während des Brennvorgangs am Ofen kleben bleibt, wird entweder ein kleiner Teil des Stücks unglasiert gelassen oder es wird auf kleinen feuerfesten Stützen, wie z. B. Ofensporen und Stelzen, abgestützt, die nach dem Brennvorgang entfernt und entsorgt werden. Kleine Abdrücke, die diese Sporen hinterlassen, sind manchmal auf der fertigen Ware sichtbar.

Verzierungen, die unter der Glasur auf Töpferwaren aufgebracht werden, werden im Allgemeinen als Unterglasur bezeichnet. Unterglasuren werden auf die Oberfläche der Töpferware aufgetragen, die entweder roh, „grün“ oder „biscuit“-gebrannt sein kann (ein erster Brand einiger Artikel vor dem Glasieren und erneuten Brennen). Die Dekoration wird mit einer nassen, in der Regel transparenten Glasur überzogen. Das Pigment verschmilzt mit der Glasur und erscheint unter einer Schicht aus klarer Glasur. Ein Beispiel für Unterglasurdekor ist das bekannte blau-weiße“ Porzellan, das in Deutschland, England, den Niederlanden, China und Japan hergestellt wird. Für die auffallend blaue Farbe wird Kobalt in Form von Kobaltoxid oder Kobaltkarbonat verwendet.

Die Dekoration, die über einer Glasurschicht angebracht wird, wird als Aufglasur bezeichnet. Zu den Überglasurmethoden gehört das Auftragen einer oder mehrerer Glasurschichten auf ein Stück Keramik oder das Auftragen einer nicht glasierten Substanz wie Emaille oder Metalle (z. B. Blattgold) über der Glasur.

Überglasurfarben sind Niedrigtemperaturglasuren, die Keramiken ein dekorativeres, glasiges Aussehen verleihen. Ein Stück wird zuerst gebrannt, dieser erste Brand wird als Glattbrand bezeichnet, dann wird die Überglasurdekoration aufgetragen und es wird erneut gebrannt. Sobald das Stück gebrannt ist und aus dem Ofen kommt, ist seine Textur durch die Glasur glatter.

Geschichte
Historisch gesehen entwickelte sich die Glasur von Keramik eher langsam, da geeignete Materialien entdeckt werden mussten und auch eine Brenntechnik benötigt wurde, die zuverlässig die erforderlichen Temperaturen erreichte.

Glasierte Ziegel gehen auf den elamitischen Tempel in Chogha Zanbil zurück, der auf das 13. Jahrhundert v. Chr. datiert wird. Die Eiserne Pagode, die 1049 in Kaifeng, China, aus glasierten Ziegeln erbaut wurde, ist ein bekanntes späteres Beispiel.

Bleiglasiertes Steingut wurde in China wahrscheinlich während der Zeit der Streitenden Staaten (475-221 v. Chr.) hergestellt, und seine Produktion stieg während der Han-Dynastie. Glasiertes Steinzeug aus Proto-Celadon wurde früher als glasiertes Steingut hergestellt, nämlich seit der Shang-Dynastie (1600 – 1046 v. Chr.).

Während der Kofun-Periode in Japan wurde Sue-Ware mit grünlichen natürlichen Ascheglasuren verziert. Von 552 bis 794 n. Chr. wurden verschiedenfarbige Glasuren eingeführt. Die dreifarbigen Glasuren der Tang-Dynastie wurden eine Zeit lang häufig verwendet, dann aber allmählich ausgemustert; die genauen Farben und Zusammensetzungen der Glasuren sind nicht mehr bekannt. Natürliche Ascheglasur wurde jedoch im ganzen Land verwendet.

Im 13. Jahrhundert wurden Blumenmuster mit roten, blauen, grünen, gelben und schwarzen Überglasuren gemalt. Überglasuren wurden wegen des besonderen Aussehens, das sie der Keramik verliehen, sehr beliebt.

Ab dem achten Jahrhundert war die Verwendung glasierter Keramik in der islamischen Kunst und der islamischen Töpferei weit verbreitet, in der Regel in Form von kunstvollen Töpferwaren. Das Glasieren mit Zinn war eine der frühesten neuen Technologien, die von den islamischen Töpfern entwickelt wurden. Die ersten islamischen undurchsichtigen Glasuren finden sich in Form von blau bemalter Ware in Basra, die etwa auf das 8. Ein weiterer wichtiger Beitrag war die Entwicklung von Steinzeug, das aus dem Irak des 9. Weitere Zentren für innovative Keramik in der islamischen Welt waren Fustat (von 975 bis 1075), Damaskus (von 1100 bis etwa 1600) und Täbris (von 1470 bis 1550).

Technologie
Bei der Herstellung von Porzellan wird die grüne (ungebrannte) Keramik zunächst einem Sprühbrand unterzogen. Die Brenntemperatur ist niedriger, nicht so hoch wie beim Glattbrand, nachdem die Glasurkomponenten aufgetragen wurden. Nach dem Scheuern werden die Keramiken mit Suspensionen der Glasurbestandteile in Wasser (Fritten, in Wasser gelöstes Pulver) gegossen, getaucht oder gebürstet. Die Kontaktflächen bleiben frei, damit sie nicht mit den eingebauten Öfen verschmelzen.

Beim Glattbrand schmilzt die Glasur und ihre Bestandteile verbinden sich miteinander und mit dem Glasbruch. Es bilden sich glasartige Mischoxide.

Ist der Ausdehnungskoeffizient der Glasurschicht größer als der des Grundmaterials, können sich Risse bilden. Diese Risse werden manchmal erkannt und als Gestaltungselemente verwendet (Craquelé). Im umgekehrten Fall, dass die Spannung der Glasurschicht höher ist, d.h. die Glasurschicht unter permanenter Druckspannung steht, wird die Festigkeit erhöht, was je nach Anwendung auch erwünscht sein kann.

Entstehung
Da die Bleiglasur einen größeren Ausdehnungskoeffizienten hat als die Terrakotta selbst (gekochter Schlamm), können kleine Risse entstehen, durch die die im Gefäß enthaltenen Flüssigkeiten sickern können, was in vielen Fällen dazu führt, dass die in die glasierten Gefäße eingebrachten Speisen beginnen, sehr giftige Bleisalze zu bilden. Im neunzehnten Jahrhundert entdeckte man, dass die Glasur ohne Blei und ohne die damit verbundene Gefahr hergestellt werden konnte, indem man sie durch Feldspatglasur ersetzte.

Toxizität, Ökotoxizität, Zertifizierung
Wenn die Glasuren (im Sinne einer „Substanz, die auf die Oberfläche der Fliesen zwischen der Formgebung und der Endphase des Brennens der Fliese aufgetragen wird“) Blei, Cadmium oder Antimon (oder eine ihrer Verbindungen) enthalten, dürfen die Glasuren zur Erlangung des Europäischen Umweltzeichens nicht mehr als:

0.5% ihrer Masse an Blei
0,1% ihrer Masse an Kadmium
0,25% ihrer Masse an Antimon

Typen von Glasuren
Es gibt mehrere Arten von Glasuren, je nach den verwendeten Flussmitteln:

alkalische Glasuren – mit Natrium-, Kalium- oder Lithiumsalzen;
Borglasuren – Borsäure (Schmelztemperatur 600 ° C);
Bleiglasuren – Bleioxid. Die Alquifoux, eine Bleisulfidglasur, die in Südfrankreich bis zu ihrem teilweisen Verbot in den 1950er Jahren verwendet wurde, gab grüne oder gelbe Lackfarben, die für die provenzalische Produktion typisch sind. Bleiglasuren werden wegen ihrer Giftigkeit fast nicht mehr verwendet;
„Bristol“-Glasuren – mit Zinkoxid. Sie sind weniger giftig als die früheren Glasuren und haben diese nach und nach ersetzt.
Es gibt zahlreiche Glasurrezepte, um verschiedene Texturen (matt, glänzend, rau) oder eine mehr oder weniger dichte Abdeckung (undurchsichtig, durchscheinend) zu erhalten.

Celadon
Der Celadon bezeichnet sowohl eine Farbe als auch eine Art von Keramik, die nur in China (chinesisch: qingci青瓷, wörtlich „grünes Porzellan“) und im Fernen Osten vorkommt. Diese Emaille hat einen bläulichen bis olivgrünen Farbton und ist charakteristisch für eine besonders gefragte Produktion alter chinesischer Keramik.

Ein Beispiel für diese Hochtemperatur-Emaille erhält man durch Reduktion mit dieser Art von Rezeptur:

Feldspat: 40%
Kieselerde: 30%
Kreide (Calciumcarbonat): 20%
Kaolin: 10%

Optional kann man 5% (zusätzlich) Talk und 1% Ocker oder Eisenoxid hinzufügen.

Das Tenmoku
Schwarzes japanisches Email mit braunen Sprenkeln heißt „Gämse“, dieses Email wird mit folgendem Rezept hergestellt:

Feldspat: 45%
Kreide: 12%
Kugelton: 5%
Kieselerde: 36%
Bentonit: 2%
Rotes Eisenoxid (Hämatit): + 8%

Der Schino
Es gibt viele verschiedene Schinoide. Sie ähneln im Allgemeinen einem dicken, undurchsichtigen, matten Glas, von weiß bis orange oder braun. Zwei Shino-Rezepte:

Syphit-Nephelin: 70%
Kaolin: 30%
Salz: + 3%

Nephelin Syenit: 80%
Kaolin: 20%
Salz: + 3%

Asche-Emails

„Creme“-Asche-Email:
Feldspat: 38%
Holzasche: 31%
Kreide: 23%
Kieselsäure: 8%

Aschgrünes Email:
Feldspat: 18%
Holzasche: 46%
Kugelerde: 27%
Kaolin: 9%
Kupferkarbonat: + 3%

Aschblaue Emaille:
Feldspat: 38%
Holzasche: 31%
Kreide: 25%
Kieselsäure: 6%
Kobaltoxid: +1%

Umweltauswirkungen
Im Jahr 2012 gab es in den Vereinigten Staaten über 650 keramische Produktionsstätten und wahrscheinlich noch viel mehr in den Industrie- und Entwicklungsländern. Bodenfliesen, Wandfliesen, Sanitärartikel, Badezimmerzubehör, Küchenartikel und Geschirr sind allesamt potenzielle keramikhaltige Produkte, die für Verbraucher erhältlich sind. Schwermetalle sind dichte Metalle, die in Glasuren verwendet werden, um eine bestimmte Farbe oder Textur zu erzeugen. Wenn nicht recycelte Keramikprodukte mit warmem oder saurem Wasser in Berührung kommen, ist die Wahrscheinlichkeit größer, dass Glasurbestandteile in die Umwelt ausgewaschen werden. Das Auslaugen von Schwermetallen tritt auf, wenn Keramikprodukte falsch glasiert oder beschädigt werden. Blei und Chrom sind zwei Schwermetalle, die häufig in keramischen Glasuren verwendet werden und aufgrund ihrer Toxizität und ihrer Fähigkeit zur Bioakkumulation von den Behörden streng überwacht werden.

Metalloxidchemie
Metalle, die in keramischen Glasuren verwendet werden, liegen normalerweise in Form von Metalloxiden vor.

Blei(II)-Oxid
Keramikhersteller verwenden hauptsächlich Blei(II)-Oxid (PbO) als Flussmittel, weil es einen niedrigen Schmelzbereich, einen großen Brennbereich, eine niedrige Oberflächenspannung, einen hohen Brechungsindex und eine hohe Beständigkeit gegen Entglasung aufweist.

In verschmutzten Umgebungen reagiert Stickstoffdioxid mit Wasser (H2O) und erzeugt salpetrige Säure (HNO2) und Salpetersäure (HNO3).

H2O + 2NO2 → HNO2 + HNO3

Lösliches Blei-II-Nitrat (Pb(NO3)2) entsteht, wenn das Blei-II-Oxid (PbO) von Bleiglasuren Salpetersäure (HNO3)

PbO + 2HNO3 → Pb(NO3)2 + H2O

Da Bleiexposition stark mit einer Vielzahl von Gesundheitsproblemen verbunden ist, die unter dem Begriff Bleivergiftung zusammengefasst werden, unterliegt die Entsorgung von bleihaltigem Glas (vor allem in Form von ausrangierten CRT-Bildschirmen) und bleiglasierten Keramiken den Vorschriften für Giftmüll.

Chrom(III)-oxid
Chrom(III)-oxid (Cr2O3) wird als Farbstoff in Keramikglasuren verwendet. Chrom(III)-oxid kann mit Kalziumoxid (CaO) und Luftsauerstoff bei Temperaturen, die in einem Brennofen erreicht werden, zu Kalziumchromat (CaCrO4) reagieren. Durch die Oxidationsreaktion geht Chrom von seiner Oxidationsstufe +3 in seine Oxidationsstufe +6 über. Chrom(VI) ist sehr gut löslich und von allen anderen stabilen Formen des Chroms am mobilsten.

Cr2O3 + 2CaO + 3⁄2O2 → CaCrO4

Chrom kann über industrielle Abwässer in Gewässer gelangen. Chrom(VI) kann direkt in die Umwelt gelangen, oder in Böden vorhandene Oxidationsmittel können mit Chrom(III) reagieren und Chrom(VI) bilden. Pflanzen haben einen verminderten Chlorophyllgehalt, wenn sie in Gegenwart von Chrom(VI) wachsen.

Vorbeugung
Die Oxidation von Chrom während der Herstellungsprozesse kann durch die Einführung von Verbindungen, die an Kalzium binden, verringert werden. Die keramische Industrie zögert, Alternativen zu Blei zu verwenden, da bleihaltige Glasuren den Produkten einen brillanten Glanz und eine glatte Oberfläche verleihen. Die US-Umweltschutzbehörde hat mit einer Barium-Alternative zu Blei experimentiert, konnte aber nicht den gleichen optischen Effekt erzielen wie bleihaltige Glasuren.