Glazura ceramiczna jest nieprzepuszczalną warstwą lub powłoką substancji szklistej, która została stopiona z ciałem ceramicznym poprzez wypalanie. Glazura może służyć do barwienia, dekorowania lub impregnacji przedmiotu. Glazura sprawia, że naczynia gliniane nadają się do przechowywania płynów, uszczelniając nieodłączną porowatość nieszkliwionych naczyń biskwitowych. Nadaje ono również twardszą powierzchnię. Glazura jest również stosowana na kamionce i porcelanie. Oprócz swojej funkcjonalności, szkliwa mogą tworzyć różne wykończenia powierzchni, w tym stopnie połysku lub matowego wykończenia i koloru. Szkliwa mogą również wzmocnić podstawowy projekt lub tekstury albo niezmodyfikowane lub wpisane, rzeźbione lub malowane.

Większość ceramiki produkowanej w ostatnich stuleciach został oszklony, inne niż kawałki w nieszkliwionych porcelany herbatniki, terakoty, lub niektórych innych typów. Kafelki są prawie zawsze szkliwione na powierzchni, a współczesna terakota architektoniczna jest bardzo często szkliwiona. Powszechna jest również glazurowana cegła. Domowe wyroby sanitarne są niezmiennie glazurowane, podobnie jak wiele wyrobów ceramicznych stosowanych w przemyśle, na przykład izolatory ceramiczne dla napowietrznych linii energetycznych.

Najważniejsze grupy tradycyjnych glazur, każda nazwana po głównym ceramicznym środku topiącym, to:

Szkliwo popiołowe, ważne w Azji Wschodniej, po prostu wykonane z drewna lub popiołu roślinnego, które zawiera potaż i wapno.Salt-glaze, głównie europejska kamionka. Używa się w niej zwykłej soli.
Glazura cynowa, która powleka wyroby szkliwem ołowiowym, które dzięki dodatkowi cyny staje się nieprzezroczyste i białe. Znana na starożytnym Bliskim Wschodzie, a następnie ważna w ceramice islamskiej, z której przeszła do Europy. Obejmuje wyroby Hispano-Moresque, maiolica (zwana również majoliką), fajans i Delftware.

Nowoczesna technologia materiałowa wynalazła nowe szkliwa, które nie mieszczą się w tych tradycyjnych kategoriach.

Przeznaczenie
Od temperatury wypalania 1250 ° C, kamionka jest wypalana z kawałków. Porcelana jest wypalana w temperaturze do 1400 ° C. Powstają międzykrystaliczne fazy szklistopodobne, które zapewniają zamkniętą porowatość i ewentualnie samoglazurę. Jednak powierzchnia jest często szorstka i ma kolor odpowiedniego materiału bazowego. Glazura jest wykonana z dodatkowych materiałów, które mogą być użyte do stworzenia twardej, zamkniętej warstwy powierzchniowej i różnych kolorów. Składniki szkliwa tworzą ze sobą i z materiałem podstawowym warstwę szklaną wykonaną z mieszaniny różnych tlenków.

Szkliwa są stosowane w celu poprawy efektu estetycznego (szkliwa barwne i efektowe) lub służą do poprawy właściwości mechanicznych i elektrycznych.

W przypadku naczyń glazura zmniejsza chropowatość powierzchni, dzięki czemu są one łatwiejsze do czyszczenia, oraz zwiększa się ich twardość na zarysowania, co poprawia właściwości użytkowe, ponieważ mniej się rysują.

Izolatory wysokiego napięcia wykonane z porcelany elektrotechnicznej są szkliwione w celu zwiększenia wytrzymałości izolatora poprzez nieodłączne naprężenia ściskające. Jednocześnie uzyskuje się odpowiedni skład chemiczny powierzchni, który redukuje prąd upływu poprzez zmniejszenie przewodności (brak absorpcji wody). Zmniejszona chropowatość zapobiega również szybszemu zabrudzeniu.

Kompozycja
Szkliwa musi zawierać topnik ceramiczny, którego działanie polega na promowaniu częściowego upłynnienia w ciałach glinianych i innych materiałach szkliwnych. Topniki obniżają wysoką temperaturę topnienia substancji szkłotwórczych – krzemionki, a czasami trójtlenku boru. Te substancje szkłotwórcze mogą być zawarte w materiałach szkliwnych lub mogą być pobierane z gliny pod spodem.

Surowce szkliw ceramicznych zawierają na ogół krzemionkę, która jest główną substancją szkłotwórczą. Różne tlenki metali, takie jak sód, potas i wapń, działają jako topnik i dlatego obniżają temperaturę topnienia. Tlenek glinu, często pochodzący z gliny, usztywnia roztopioną glazurę, zapobiegając jej spływaniu z elementu. Barwniki, takie jak tlenek żelaza, węglan miedzi lub węglan kobaltu, a czasami środki matujące, takie jak tlenek cyny lub tlenek cyrkonu, są używane do modyfikowania wizualnego wyglądu wypalanej glazury.

Chemicznie, glazury (jak inne szkła) składają się z mieszaniny mączek mineralnych. Sporadycznie dodawane są metale takie jak ołów lub złoto jako elementy determinujące.

Minerały
Minerały to z jednej strony substancje tworzące sieć, takie jak krzemionka (w postaci proszku kwarcowego), topniki lub substancje obniżające temperaturę topnienia, takie jak tlenki metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych, głównie tlenek sodu i wapnia, które są często dodawane w postaci skalenia lub kredy, lub związki boru i ołowiu, które są powszechnie stosowane jako fryty, jak również tlenek glinu jako wzmacniacz konsystencji i wzmacniacz lepkości.

Szkliwa ołowiowa jest szczególnie odporna na korozję, podczas gdy składniki niskotopliwe – sód i potas – są łatwiejsze do usunięcia.

W szkliwie solnym, które jest znane od późnego średniowiecza, sól kamienna (chlorek sodu) jest dodawana do ognia, którego spaliny przepływają wokół pieca. Tlenek sodu uwalniany w wysokiej temperaturze łączy się ze stłuczką i obniża temperaturę topnienia warstwy wierzchniej, dzięki czemu powstaje warstwa szklana.

Kolory
Im wyższa temperatura wypalania i osiągalna odporność, tym bardziej ograniczona jest paleta kolorów. Podczas gdy kolor biały jest tworzony przez dyspersję (dodanie tlenku cyny lub tlenku cyrkonu), inne kolory mogą być osiągnięte tylko przez dodanie barwiących tlenków metali. Niebieska glazura kobaltowa jest dobrze znana. Zieleń jest tworzona przez tlenek chromu, brązowe odcienie przez mangan lub żelazo, które często jest już zawarte. W redukującej atmosferze spalania, zawartość żelaza prowadzi do szaro-niebieskich odcieni.

Poniżej wypalane kolorowe szkliwa ceramiczne często zawierają jeszcze składniki rozpuszczalne, które podczas użytkowania uwalniają tyle substancji, że są jeszcze toksyczne. Często dotyczy to ozdób z naniesionymi angobami, które nie są całkowicie „zeszklone” i są bardziej krystaliczne w porównaniu ze szkliwami i mniej zamknięte na powierzchni.

Przedmioty porcelanowe, które są wypalane na gładko w temperaturze 1450 ° C, są uważane za nieszkodliwe – nawet jeśli zawierają toksyczne substancje barwiące. Metale ciężkie w krzemiany są mocno oszklone i związane z nimi.

Malowanie porcelany i fajansu mogą być używane jako underglaze malarstwo z snajpera kolorów ognia w wysokiej temperaturze, lub temperatury wrażliwe kolory glazury zrobić, zmniejszyć ciepło do glazury ware.

Niektóre tlenki, takie jak kobalt były długo zastrzeżone dla luksusowych produkcji. Rzeczywiście najczystszy kobalt przyszedł po wielkich kosztach z Bliskiego Wschodu przez Hiszpanię. Że z Europy Środkowej dał mniej głębokie i bardziej szare błękity.

Niebieski: kobalt + tytan (rutyl)
Brązowy: żelazo + mangan
Bluish gray: żelazo + kobalt
Żółty: kobalt + wanad
Czarny: miedź + mangan
Ocher: żelazo + wanad
Zielony: miedź + żelazo lub miedź + chrom

Kolory i faktury szkliw ceramicznych zależą również od atmosfery wypalania, w której zostały uformowane:

Oksydacyjnej (wystarczająca ilość tlenu do spalenia całego paliwa)
Redukcyjnej (podczas gotowania nie ma wystarczającej ilości tlenu, aby całe paliwo zostało zużyte i płomień będzie szukał tego tlenu w samym materiale szkliwa, zmieniając w ten sposób jego właściwości chemiczne, a więc i wygląd).

Proces
Glazura może być stosowana przez odpylanie suchej mieszanki na powierzchni ciała glinianego lub przez wprowadzenie soli lub sody do pieca w wysokich temperaturach, aby stworzyć atmosferę bogatą w pary sodu, które oddziałują z tlenkami glinu i krzemionki w ciele w celu utworzenia i osadzenia szkła, produkując to, co jest znane jako ceramika glazurowana solą. Najczęściej glazury w zawiesinie wodnej różnych sproszkowanych minerałów i tlenków metali są stosowane przez zanurzanie kawałków bezpośrednio do glazury. Inne techniki obejmują wylewanie glazury na kawałek, rozpylanie jej na kawałek za pomocą aerografu lub podobnego narzędzia, lub nakładanie jej bezpośrednio za pomocą pędzla lub innego narzędzia.

Aby zapobiec przyklejaniu się oszklonego artykułu do pieca podczas wypalania, albo niewielka część elementu pozostaje nieoszklona, albo jest wspierana na małych ogniotrwałych podporach, takich jak ostrogi piecowe i szczudła, które są usuwane i wyrzucane po wypaleniu. Małe znaki pozostawione przez te ostrogi są czasami widoczne na gotowych ware.

Dekoracja stosowane pod szkliwem na ceramiki jest ogólnie określane jako underglaze. Podszkliwia są stosowane do powierzchni ceramiki, która może być albo surowe, „greenware”, lub „biscuit” -fired (wstępne wypalanie niektórych artykułów przed glazury i ponownego wypalania). Mokre szkliwo – zwykle przezroczyste – jest nakładane na dekorację. Pigment łączy się ze szkliwem i wydaje się, że znajduje się pod warstwą przezroczystego szkliwa. Przykładem dekoracji podszkliwnej jest dobrze znana „niebiesko-biała” porcelana produkowana w Niemczech, Anglii, Holandii, Chinach i Japonii. Uderzający niebieski kolor wykorzystuje kobalt jako tlenek kobaltu lub węglan kobaltu.

Dekoracja stosowana na wierzchu warstwy glazury jest określana jako overglaze. Metody overglaze obejmują zastosowanie jednej lub więcej warstw lub warstw glazury na kawałku ceramiki lub przez zastosowanie substancji nie glazury, takich jak szkliwo lub metali (np. płatki złota) nad glazurą.

Overglaze kolory są niskie temperatury szkliwa, które dają ceramiki bardziej dekoracyjne, szklisty wygląd. Kawałek jest wypalany najpierw, to początkowe wypalanie nazywa się glost wypalania, a następnie overglaze dekoracja jest stosowana, a to jest wypalany ponownie. Gdy kawałek jest już wypalony i wychodzi z pieca, jego tekstura jest gładsza dzięki glazurze.

Historia
Historycznie, glazurowanie ceramiki rozwijało się raczej powoli, ponieważ odpowiednie materiały musiały zostać odkryte, a także technologia wypalania zdolna do niezawodnego osiągania niezbędnych temperatur była potrzebna.

Glazurowana cegła sięga do Świątyni Elamitów w Chogha Zanbil, datowanej na XIII wiek p.n.e.. Żelazna Pagoda, zbudowana w 1049 roku w Kaifeng, w Chinach, z glazurowanej cegły jest dobrze znanym późniejszym przykładem.

Glazurowane naczynia gliniane były prawdopodobnie wykonane w Chinach w okresie Walczących Państw (475 – 221 p.n.e.), a ich produkcja wzrosła w okresie dynastii Han. Wysokotemperaturowa proto-celadonowa glazurowana kamionka została wykonana wcześniej niż glazurowane wyroby gliniane, od czasów dynastii Shang (1600 – 1046 p.n.e.).

Podczas okresu Kofun w Japonii, wyroby Sue były dekorowane zielonkawymi, naturalnymi szkliwami jesionowymi. Od 552 do 794 AD, różnie kolorowe glazury zostały wprowadzone. The trzy kolorowy glazura the Tang Dynastia często używać dla okres, ale stopniowo wycofywać się; the precyzyjny kolor i skład the glazura odzyskiwać. Naturalny popiół glazury, jednak, był powszechnie stosowany w całym kraju.

W 13 wieku, wzory kwiatowe były malowane z czerwonym, niebieskim, zielonym, żółtym i czarnym overglaze. Overglazes stał się bardzo popularny ze względu na szczególny wygląd dali ceramics.

Od ósmego wieku, korzystanie z ceramiki szkliwione było powszechne w sztuce islamskiej i ceramiki islamskiej, zwykle w postaci wyrafinowanej ceramiki. Tin-opacified glazury był jednym z najwcześniejszych nowych technologii opracowanych przez islamskich garncarzy. Pierwsze islamskie nieprzezroczyste glazury można znaleźć jako niebieski malowane ware w Basrze, datowane na około 8 wieku. Innym znaczącym wkładem był rozwój kamionki, pochodzącej z IX wieku w Iraku. Inne ośrodki innowacyjnej ceramiki w świecie islamu to Fustat (od 975 do 1075), Damaszek (od 1100 do około 1600) i Tabriz (od 1470 do 1550).

Technologia
Zielona (niewypalona) ceramika jest najpierw poddawana wypalaniu natryskowemu, między innymi w produkcji porcelany. Temperatura wypalania jest niższa, nie tak wysoka jak przy wypalaniu gładkim, po nałożeniu składników szkliwa. Po szorowaniu, ceramika jest polewana, zanurzana lub szczotkowana zawiesinami składników szkliwa w wodzie (frytami, proszkiem rozpuszczonym w wodzie). Powierzchnie kontaktowe pozostają wolne, aby zapobiec ich łączeniu się z wbudowanymi piecami.

W przypadku wypału gładkiego szkliwo topi się, a jego składniki łączą się ze sobą i z potłuczonym szkłem. Tworzą się szkliste tlenki mieszane.

Jeśli współczynnik rozszerzalności warstwy szkliwa jest większy niż współczynnik rozszerzalności materiału podstawowego, mogą tworzyć się pęknięcia. Pęknięcia te są czasami rozpoznawane i wykorzystywane jako elementy wzornictwa (craquelé). W odwrotnym przypadku, gdy naprężenie warstwy szkliwa jest większe, tzn. warstwa szkliwa jest poddawana stałemu naprężeniu ściskającemu, zwiększa się wytrzymałość, co również może być pożądane w zależności od zastosowania.

Ewolucja
Ponieważ lakier plumieniowy ma współczynnik rozszerzalności większy niż sama terakota (gotowane błoto), mogą pojawić się małe pęknięcia, które mogłyby filtrować płyny zawarte przez naczynie, co w wielu przypadkach powoduje, że żywność wprowadzona do szkliwionych naczyń zaczyna tworzyć sole ołowiu bardzo trujące. W XIX wieku odkryto, że glazura może być wykonywana bez ołowiu i bez związanego z tym niebezpieczeństwa, zastępując ją glazurą skaleniową.

Toksyczność, ekotoksyczność, certyfikacja
Jeśli glazury (w znaczeniu jakiejkolwiek „substancji nakładanej na powierzchnię płytek między formowaniem a końcowym etapem wypalania płytek”) zawierają ołów, kadm lub antymon (lub jeden z ich związków), w celu uzyskania europejskiego oznakowania ekologicznego glazury nie mogą zawierać więcej niż:

0.5% ich masy w ołowiu
0,1% ich masy w kadmie
0,25% ich masy w antymonie

Rodzaje szkliw
W zależności od stosowanych topników istnieje kilka rodzajów szkliw:

szkliwa alkaliczne – z solami sodu, potasu lub litu;
szkliwa borowe – kwas borowy (temperatura topnienia 600°C);
szkliwa ołowiowe – tlenek ołowiu. Alquifoux, szkliwo siarczku ołowiu używane na południu Francji do czasu jego częściowego zakazu w latach 50-tych, dawało zielone lub żółte lakierowane kolory typowe dla produkcji prowansalskiej. Szkliwa ołowiowe nie są już prawie stosowane ze względu na ich toksyczność;
szkliwa „bristolskie” – z tlenkiem cynku. Mniej toksyczne niż poprzednie, stopniowo je zastępowały.
Dostępnych jest wiele receptur glazurowania w celu uzyskania różnych faktur (matowych, błyszczących, szorstkich) lub mniej lub bardziej gęstego pokrycia (nieprzezroczyste, półprzezroczyste).

Celadon
Celadon odnosi się zarówno do koloru, jak i rodzaju ceramiki unikalnej dla Chin (chiński: qingci青瓷, dosłownie „zielona porcelana”) i Dalekiego Wschodu. Szkliwo to ma odcień od niebieskawego do oliwkowozielonego i jest charakterystyczne dla szczególnie poszukiwanej produkcji starożytnej chińskiej ceramiki.

Przykład tego wysokotemperaturowego szkliwa uzyskuje się, w redukcji, według następującego przepisu:

Skaleń: 40%
Krzemionka: 30%
Kreda (węglan wapnia): 20%
Kaolin: 10%

Opcjonalnie można dodać 5% (dodatkowo) talku i 1% ochry lub tlenku żelaza.

Czarna japońska emalia Tenmoku
Czarna japońska emalia nakrapiana brązem mówi o „kozicy”, emalię tę otrzymuje się według następującej receptury:

Skaleń: 45%
Kreda: 12%
Glinka kulista: 5%
Krzemionka: 36%
Bentonit: 2%
Czerwony tlenek żelaza (hematyt): + 8%

Glinki
Istnieje wiele różnych glinek shino. Ogólnie przypominają one grube, nieprzezroczyste, matowe szkło, od białego do pomarańczowego lub brązowego. Dwie receptury Shino:

Syfit nefelinowy: 70%
Kaolin: 30%
Sól: + 3%

Syenit nefelinowy: 80%
Kaolin: 20%
Sól: + 3%

Zemalowania popiołowe

„Kremowe” emalie popiołowe:
Skaleń: 38%
Popiół drzewny: 31%
Kreda: 23%
Krzemionka: 8%

Zielone szkliwa popielate:
Skaleń: 18%
Popiół drzewny: 46%
Iglina kulista: 27%
Kaolin: 9%
Węglan miedzi: + 3%

Błękitne szkliwo jesionowe:
Skaleń: 38%
Popiół drzewny: 31%
Kreda: 25%
Krzemionka: 6%
Tlenek kobaltu: +1%

Wpływ na środowisko
Wg stanu na 2012 r. w Stanach Zjednoczonych zgłoszono ponad 650 zakładów produkcji ceramiki, przy czym prawdopodobnie jest ich znacznie więcej w całym rozwiniętym i rozwijającym się świecie. Płytki podłogowe, płytki ścienne, wyroby sanitarne, akcesoria łazienkowe, naczynia kuchenne i stołowe to wszystkie potencjalne produkty zawierające ceramikę, które są dostępne dla konsumentów. Metale ciężkie są gęstymi metalami stosowanymi w szkliwach w celu uzyskania określonego koloru lub tekstury. Jest bardziej prawdopodobne, że składniki szkliwa zostaną wypłukane do środowiska, gdy produkty ceramiczne nie poddane recyklingowi zostaną wystawione na działanie ciepłej lub kwaśnej wody. Wypłukiwanie metali ciężkich następuje, gdy wyroby ceramiczne są szkliwione nieprawidłowo lub uszkodzone. Ołów i chrom to dwa metale ciężkie powszechnie stosowane w szkliwach ceramicznych, które są intensywnie monitorowane przez agencje rządowe ze względu na ich toksyczność i zdolność do bioakumulacji.

Chemia tlenków metali
Metale stosowane w szkliwach ceramicznych są zazwyczaj w postaci tlenków metali.

Tlenek ołowiu(II)
Producenci ceramiki używają głównie tlenku ołowiu(II) (PbO) jako topnika ze względu na jego niski zakres topnienia, szeroki zakres wypalania, niskie napięcie powierzchniowe, wysoki współczynnik załamania światła i odporność na dewitryfikację.

W zanieczyszczonych środowiskach dwutlenek azotu reaguje z wodą (H2O), wytwarzając kwas azotawy (HNO2) i kwas azotowy (HNO3).

H2O + 2NO2 → HNO2 + HNO3

Rozpuszczalny azotan(II) ołowiu(II) (Pb(NO3)2) tworzy się, gdy tlenek ołowiu(II) (PbO) szkliwa ołowiowego jest narażony na działanie kwasu azotowego (HNO3)

PbO + 2HNO3 → Pb(NO3)2 + H2O

Ponieważ narażenie na działanie ołowiu jest silnie związane z różnymi problemami zdrowotnymi, określanych wspólnym mianem zatrucia ołowiem, utylizacja szkła ołowiowego (głównie w postaci wyrzucanych monitorów CRT) i ceramiki szkliwionej ołowiem podlega przepisom dotyczącym odpadów toksycznych.

Tlenek chromu(III)
Tlenek chromu(III) (Cr2O3) jest stosowany jako barwnik w szkliwach ceramicznych. Tlenek chromu(III) może ulegać reakcji z tlenkiem wapnia (CaO) i tlenem atmosferycznym w temperaturach osiąganych przez piec, w wyniku której powstaje chromian wapnia (CaCrO4). Reakcja utleniania zmienia chrom z jego stanu utlenienia +3 na stan utlenienia +6. Chrom(VI) jest bardzo dobrze rozpuszczalny i najbardziej mobilny ze wszystkich innych stabilnych form chromu.

Cr2O3 + 2CaO + 3⁄2O2 → CaCrO4

Chrom może dostać się do systemów wodnych poprzez zrzuty przemysłowe. Chrom(VI) może dostać się do środowiska bezpośrednio lub utleniacze obecne w glebie mogą reagować z chromem(III) tworząc chrom(VI). Rośliny mają zmniejszoną ilość chlorofilu, gdy rosną w obecności chromu(VI).

Zapobieganie
Oksydacja chromu podczas procesów produkcyjnych może być zmniejszona poprzez wprowadzenie związków, które wiążą się z wapniem. Przemysł ceramiczny niechętnie korzysta z alternatyw ołowianych, ponieważ szkliwa ołowiowe zapewniają produktom wspaniały połysk i gładką powierzchnię. Agencja Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych eksperymentowała z podwójną glazurą, barową alternatywą dla ołowiu, ale nie udało im się osiągnąć takiego samego efektu optycznego jak w przypadku glazur ołowiowych.

.