Glazura ceramică este un strat sau un înveliș impermeabil al unei substanțe vitroase care a fost topit pe un corp ceramic prin ardere. Glazura poate servi la colorarea, decorarea sau impermeabilizarea unui obiect. Glazura face ca vasele de teracotă să fie potrivite pentru a reține lichide, etanșând porozitatea inerentă a vaselor de teracotă de biscuiți nevopsite. De asemenea, conferă o suprafață mai rezistentă. Glazura este utilizată, de asemenea, pe gresie și porțelan. În plus față de funcționalitatea lor, glazura poate forma o varietate de finisaje de suprafață, inclusiv grade de luciu sau de mat și culoare. Glazura poate, de asemenea, să pună în valoare designul sau textura subiacentă, fie nemodificată, fie inscripționată, sculptată sau pictată.

Principala ceramică produsă în ultimele secole a fost glazurată, cu excepția pieselor din porțelan biscuit neglăcuit, teracotă sau unele alte tipuri. Țiglele sunt aproape întotdeauna smălțuite pe fața superficială, iar teracota arhitecturală modernă este foarte des smălțuită. Cărămida smălțuită este, de asemenea, comună. Articolele sanitare de uz casnic sunt invariabil smălțuite, la fel ca și multe ceramice folosite în industrie, de exemplu izolatorii ceramici pentru liniile electrice aeriene.

Cele mai importante grupuri de smalțuri tradiționale, fiecare numit după principalul agent de fluxare a ceramicii, sunt:

Smălțuitul de cenușă, important în Asia de Est, realizat pur și simplu din cenușă de lemn sau de plante, care conține potasă și var.
Sticlă frământată de porțelan.
Sticla de plumb, simplă sau colorată, este strălucitoare și transparentă după ardere, care are nevoie doar de aproximativ 800 °C (1.470 °F). Ele au fost folosite de aproximativ 2.000 de ani în China, de exemplu sancai, în jurul Mediteranei și în Europa, de exemplu majolica victoriană.
Glazură de sare, în principal gresie europeană. Folosește sare obișnuită.
Glazură de staniu, care îmbracă ceramica cu glazură de plumb făcută albă opacă prin adăugarea de staniu. Cunoscută în Orientul Apropiat Antic și apoi importantă în ceramica islamică, de unde a trecut în Europa. Include vesela hispano-marescă, maiolica (numită și majolica), faianța și Delftware.

Tehnologia materialelor moderne a inventat noi glazuri vitroase care nu se încadrează în aceste categorii tradiționale.

Scop
De la o temperatură de ardere de 1250°C, gresia este arsă din piese. Porțelanul este copt la temperaturi de până la 1400 ° C. Rezultă faze intercristaline asemănătoare sticlei, care asigură o porozitate închisă și, eventual, o autoglasare. Cu toate acestea, suprafața este adesea aspră și are culoarea materialului de bază corespunzător. Glazura este realizată cu materiale suplimentare care pot fi folosite pentru a crea un strat de suprafață dur și închis și diverse culori. Componentele smalțului formează între ele și cu materialul de bază un strat de sticlă realizat dintr-un amestec de oxizi diferiți.

Sunt aplicate smalțuri pentru a îmbunătăți efectul estetic (smalțuri de culoare și de efect) sau servesc la îmbunătățirea proprietăților mecanice și electrice.

Pentru vase, smalțul reduce rugozitatea suprafeței, astfel încât acestea sunt mai ușor de curățat, iar duritatea la zgârieturi este crescută, ceea ce îmbunătățește proprietățile de utilizare, deoarece există mai puține zgârieturi.

Asolatoarele de înaltă tensiune realizate din porțelan electric sunt smălțuite pentru a crește rezistența izolatorului prin intermediul unei tensiuni de compresiune inerente. În același timp, se obține o compoziție chimică adecvată a suprafeței, care reduce curentul de scurgere prin reducerea conductivității (fără absorbție de apă). Rugozitatea redusă previne, de asemenea, o murdărire mai rapidă.

Compoziție
Glazurile trebuie să includă un fondant ceramic care funcționează prin promovarea lichefierii parțiale în corpurile de argilă și în celelalte materiale de smalț. Fluxurile scad punctul de topire ridicat al sticlarilor siliciu și, uneori, trioxid de bor. Acești formatori de sticlă pot fi incluși în materialele de glazură sau pot fi extrași din argila de dedesubt.

Materialele brute ale glazurilor ceramice includ, în general, silice, care va fi principalul formator de sticlă. Diferiți oxizi metalici, cum ar fi sodiul, potasiul și calciul, acționează ca fondanți și, prin urmare, scad temperatura de topire. Alumina, adesea derivată din argilă, rigidizează smalțul topit pentru a împiedica scurgerea acestuia de pe piesă. Coloranții, cum ar fi oxidul de fier, carbonatul de cupru sau carbonatul de cobalt și, uneori, opacifianții, cum ar fi oxidul de staniu sau oxidul de zirconiu, sunt folosiți pentru a modifica aspectul vizual al smalțului copt.

Din punct de vedere chimic, smalțurile (ca și alte tipuri de sticlă) constau dintr-un amestec de făinuri minerale. Ocazional, se adaugă metale precum plumbul sau aurul ca elemente determinante.

Minerale
Mineralele sunt, pe de o parte, formatori de rețele, cum ar fi siliciul (sub formă de pulbere de cuarț), fondanți sau deprimanți ai punctului de topire, cum ar fi oxizii alcalini și alcalino-pământoși, în principal oxid de sodiu și de calciu, care sunt adesea adăugați sub formă de feldspat sau cretă, sau compuși de bor și plumb, care sunt obișnuiți pot fi folosiți ca fritte, precum și oxid de aluminiu ca agent de îmbunătățire a consistenței și a vâscozității.

Sticla de plumb este deosebit de rezistentă la coroziune, în timp ce componentele cu punct de topire scăzut, sodiul și potasiul, sunt mai ușor de îndepărtat.

În cazul smalțului sărat, cunoscut încă de la sfârșitul Evului Mediu, se adaugă sare gemă (clorură de sodiu) în focul ale cărui gaze de ardere circulă în jurul cuptorului. Oxidul de sodiu degajat la temperaturi ridicate se combină cu calupul și scade temperatura de topire a stratului de suprafață, astfel încât se formează un strat de sticlă.

Culoare
Cu cât temperatura de ardere și rezistența atinsă sunt mai ridicate, cu atât paleta de culori este mai limitată. În timp ce culoarea albă este creată prin dispersie (adăugarea de oxid de staniu sau de oxid de zirconiu), alte culori pot fi obținute numai prin adăugarea de oxizi metalici coloranți. Glazura albastră de cobalt este bine cunoscută. Verdele este creat de oxidul de crom, iar tonurile de maro de mangan sau de fierul care este adesea deja conținut. Într-o atmosferă de ardere reducătoare, un conținut de fier duce la nuanțe de gri-albastru.

Ceramica colorată slab arsă conține adesea încă componente solubile care eliberează atât de multă substanță în timpul utilizării încât sunt încă toxice. Adesea, acest lucru este valabil pentru ornamentele cu engobe aplicate, care nu sunt complet „glazurate” și sunt mai cristaline în comparație cu smalțurile și mai puțin închise la suprafață.

Obiectele din porțelan, care sunt arse neted la 1450 ° C, sunt considerate inofensive – chiar dacă conțin substanțe colorante toxice. Metalele grele din silicați sunt ferm glazurate și legate cu ele.

Vopsirea porțelanului și faianței poate fi folosită ca pictură sub glazură cu culori de foc de lunetist la temperaturi ridicate, sau culori de glazură sensibile la temperatură realizate, reducând căldura la vasele glazurate.

Cerți oxizi, cum ar fi cobaltul, au fost mult timp rezervați pentru producții de lux. Într-adevăr, cel mai pur cobalt venea cu costuri mari din Orientul Mijlociu via Spania. Cel din Europa Centrală dădea albastru mai puțin profund și mai mult gri.

Albastru: cobalt + titan (rutil)
Brun: fier + mangan
Cenușiu albăstrui: fier + cobalt
Galben: cobalt + vanadiu
Negru: cupru + mangan
Ocru: fier + vanadiu
Verde: cupru + fier sau cupru + crom

Culorile și texturile emailurilor ceramice depind și de atmosfera de ardere în care s-au format:

Oxidantă (suficient oxigen pentru a arde tot combustibilul)
Reductivă (în timpul fierberii nu există suficient oxigen pentru ca tot combustibilul să fie consumat, iar flacăra va căuta acest oxigen chiar în materialul smalțului, modificându-i astfel proprietățile chimice și deci aspectul).

Procesul
Smalțul poate fi aplicat prin pulverizarea uscată a unui amestec uscat pe suprafața corpului de lut sau prin introducerea de sare sau sodă în cuptor la temperaturi ridicate pentru a crea o atmosferă bogată în vapori de sodiu care interacționează cu oxizii de aluminiu și siliciu din corp pentru a forma și depune sticlă, producând ceea ce se numește ceramică cu smalț de sare. Cel mai frecvent, glazura în suspensie apoasă de diverse minerale sub formă de pulbere și oxizi metalici se aplică prin scufundarea pieselor direct în glazură. Alte tehnici includ turnarea smalțului peste piesă, pulverizarea acestuia pe piesă cu ajutorul unui aerograf sau al unui instrument similar sau aplicarea directă cu o pensulă sau cu un alt instrument.

Pentru a preveni ca articolul smălțuit să se lipească de cuptor în timpul arderii, fie o mică parte a articolului este lăsată neșlefuită, fie este sprijinită pe mici suporturi refractare, cum ar fi pinteni de cuptor și piciorușe, care sunt îndepărtate și aruncate după ardere. Mici urme lăsate de acești pinteni sunt uneori vizibile pe obiectele finite.

Decorarea aplicată sub glazura de pe ceramică este denumită în general subglazură. Subcearcănurile sunt aplicate pe suprafața ceramicii, care poate fi fie crudă, „greenware”, fie „biscuitată” (o ardere inițială a unor articole înainte de glazurare și recuplare). O glazură umedă – de obicei transparentă – se aplică peste decor. Pigmentul fuzionează cu glazura și pare să se afle sub un strat de glazură transparentă. Un exemplu de decor sub glazură este binecunoscutul porțelan „albastru și alb”, produs în Germania, Anglia, Olanda, China și Japonia. Culoarea albastră izbitoare folosește cobalt sub formă de oxid de cobalt sau carbonat de cobalt.

Decorul aplicat deasupra unui strat de glazură este denumit glazură suprapusă (overglaze). Metodele de supraglazurare includ aplicarea unuia sau mai multor straturi sau straturi de glazură pe o piesă de ceramică sau prin aplicarea unei substanțe care nu este glazurată, cum ar fi smalțul sau metale (de exemplu, foiță de aur) peste glazură.

Culoarele de supraglazură sunt glazuri de temperatură joasă care conferă ceramicii un aspect mai decorativ, sticlos. O piesă este mai întâi arsă, această ardere inițială fiind numită ardere de glasare, apoi se aplică decorul de glazură și este arsă din nou. Odată ce piesa este arsă și iese din cuptor, textura sa este mai netedă datorită glazurii.

Istorie
Istoric, glazurarea ceramicii s-a dezvoltat destul de lent, deoarece trebuiau descoperite materiale adecvate și, de asemenea, era nevoie de o tehnologie de ardere capabilă să atingă în mod fiabil temperaturile necesare.

Cărămida glazurată datează de la templul elamit de la Chogha Zanbil, datat în secolul al XIII-lea î.Hr. Pagoda de fier, construită în 1049 în Kaifeng, China, din cărămidă smălțuită, este un exemplu ulterior bine cunoscut.

Ceramica smălțuită cu plumb a fost probabil fabricată în China în timpul perioadei statelor beligerante (475 – 221 î.Hr.), iar producția sa a crescut în timpul dinastiei Han. Gresie glazura glazurată proto-celadonă de înaltă temperatură a fost fabricată mai devreme decât faianța glazurată, încă din timpul dinastiei Shang (1600 – 1046 î.Hr.).

În timpul perioadei Kofun din Japonia, faianța Sue a fost decorată cu glazuri verzui de cenușă naturală. Între 552 și 794 d.Hr. au fost introduse glazuri diferit colorate. Cele trei glazuri colorate ale dinastiei Tang au fost utilizate frecvent pentru o perioadă, dar au fost eliminate treptat; culorile și compozițiile exacte ale glazurilor nu au fost recuperate. Cu toate acestea, glazura cenușie naturală a fost folosită în mod obișnuit în întreaga țară.

În secolul al XIII-lea, desenele florale au fost pictate cu glazuri roșii, albastre, verzi, galbene și negre. Supraglazurile au devenit foarte populare datorită aspectului deosebit pe care îl dădeau ceramicii.

Din secolul al VIII-lea, utilizarea ceramicii smălțuite a fost predominantă în arta islamică și în ceramica islamică, de obicei sub formă de ceramică elaborată. Glazurarea cu staniol a fost una dintre primele tehnologii noi dezvoltate de olarii islamici. Primele glazuri opace islamice pot fi găsite sub formă de ceramică pictată în albastru în Basra, datând din jurul secolului al VIII-lea. O altă contribuție semnificativă a fost dezvoltarea gresiei, originară din Irakul secolului al IX-lea. Alte centre pentru ceramică inovatoare în lumea islamică au fost Fustat (din 975 până în 1075), Damasc (din 1100 până în jurul anului 1600) și Tabriz (din 1470 până în 1550).

Tehnologie
Ceramica verde (nearsă) este supusă pentru prima dată unei arderi prin pulverizare, printre altele, la fabricarea porțelanului. Temperatura de coacere este mai scăzută, nu la fel de ridicată ca în cazul arderii netede, după ce au fost aplicate componentele smalțului. După degresare, ceramica este turnată, scufundată sau pensulată cu suspensii de componente ale smalțului în apă (frituri, pulbere dizolvată în apă). Suprafețele de contact rămân libere pentru a preveni fuziunea lor cu cuptoarele încorporate.

În cazul arderii netede, smalțul se topește și componentele sale se combină între ele și cu sticla spartă. Se formează oxizi amestecați sticloși.

Dacă coeficientul de dilatare al stratului de smalț este mai mare decât cel al materialului de bază, se pot forma fisuri. Aceste fisuri sunt uneori recunoscute și utilizate ca elemente de design (craquelé). În cazul opus, în care tensiunea stratului de smalț este mai mare, adică stratul de smalț este supus unei tensiuni permanente de compresiune, rezistența este crescută, ceea ce poate fi de asemenea dorit în funcție de aplicație.

Evoluție
Ca urmare a faptului că lacul plumbifer are un coeficient de dilatare mai mare decât teracota însăși (lut fiert), pot apărea mici fisuri care ar putea filtra lichidele conținute de recipient, ceea ce face ca în multe cazuri alimentele introduse în vasele smălțuite să înceapă să formeze săruri de plumb foarte toxice. În secolul al XIX-lea s-a descoperit că glazura se putea face fără plumb și fără pericolul aferent, fiind înlocuită de glazura feldspatică.

Toxicitate, ecotoxicitate, certificare
Dacă smalțurile (în sensul de orice „substanță aplicată pe suprafața plăcilor între modelare și etapa finală de ardere a plăcilor”) conțin plumb, cadmiu sau antimoniu (sau unul dintre compușii lor), pentru obținerea etichetei ecologice europene, smalțurile nu trebuie să conțină mai mult de:

0.5% din masa lor în plumb
0,1% din masa lor în cadmiu
0,25% din masa lor în antimoniu

Tipuri de emailuri
Există mai multe tipuri de emailuri, în funcție de fluxurile folosite:

emailuri alcaline – cu săruri de sodiu, potasiu sau litiu;
emailuri de bor – acid boric (temperatura de topire 600°C);
emailuri de plumb – oxid de plumb. Alquifoux, o glazură cu sulfură de plumb folosită în sudul Franței până la interzicerea sa parțială în anii 1950, dădea culori verzui verzi sau galbene lăcuite, tipice producțiilor provensale. Glazurile din plumb aproape că nu mai sunt folosite din cauza toxicității lor;
glazuri „Bristol” – cu oxid de zinc. Mai puțin toxice decât cele anterioare, le-au înlocuit treptat.
Există numeroase rețete de glazurare pentru a obține texturi diferite (mate, lucioase, aspre), sau o acoperire mai mult sau mai puțin densă (opacă, translucidă).

Celadon
Celadonul se referă atât la o culoare, cât și la un tip de ceramică specifică Chinei (chineză: qingci青瓷, literal „porțelan verde”) și Extremului Orient. Acest smalț are o nuanță albăstruie până la verde măsliniu și este caracteristic unei producții deosebit de căutate de ceramică chinezească antică.

Un exemplu al acestui smalț de înaltă temperatură se obține, în reducere, cu acest tip de rețetă:

Fundit: 40%
Silica: 30%
Calcar (carbonat de calciu): 20%
Kaolin: 10%

Opțional, se poate adăuga 5% (în plus) de talc și 1% de ocru sau oxid de fier.

Emailul japonez tenmoku
Emailul japonez negru pătat cu maro spune „chamois”, acest smalț se obține cu următoarea rețetă:

Feldspat: 45%
Cahul: 12%
Argila bulgară: 5%
Silica: 36%
Bentonit: 2%
Oxid de fier roșu (hematit): + 8%

Shinoul
Există mai multe tipuri de shinoi. Ele seamănă, în general, cu o sticlă mată, groasă și opacă, de la alb la portocaliu sau maro. Două rețete de shino:

Nefelină sifită: 70%
Kaolin: 30%
Sare: + 3%

Șirenit de nefelină: 80%
Kaolin: 20%
Sare: + 3%

Smalțuri de cenușă

Smalț de cenușă „crem”:
Feldspat: 38%
Cenușă de lemn: 31%
Cretă: 23%
Siliciu: 8%

Email „verde cenușă”:
Feldspat: 18%
Cenușă de lemn: 46%
Argila balistică: 27%
Caolin: 9%
Carbonat de cupru: + 3%

Smalț albastru cenușiu:
Feldspat: 38%
Cenușă de lemn: 31%
Cahul: 25%
Silica: 6%
Oxid de cobalt: +1%

Impact asupra mediului
În 2012, în Statele Unite au fost raportate peste 650 de unități de fabricare a ceramicii și probabil mult mai multe în țările dezvoltate și în curs de dezvoltare. Plăcile de pardoseală, plăcile de perete, obiectele sanitare, accesoriile pentru baie, ustensilele de bucătărie și vesela sunt toate produse potențiale care conțin ceramică și care sunt disponibile pentru consumatori. Metalele grele sunt metale dense utilizate în smalțuri pentru a produce o anumită culoare sau textură. Componentele smalțului sunt mai susceptibile de a fi infiltrate în mediul înconjurător atunci când produsele ceramice nereciclate sunt expuse la apă caldă sau acidă. Lixivrarea metalelor grele are loc atunci când produsele ceramice sunt glazurate incorect sau deteriorate. Plumbul și cromul sunt două metale grele utilizate în mod obișnuit în smalțurile ceramice care sunt puternic monitorizate de agențiile guvernamentale datorită toxicității și capacității lor de bioacumulare.

Chimia oxizilor metalici
Metalele utilizate în smalțurile ceramice sunt de obicei sub formă de oxizi metalici.

Oxidul de plumb(II)
Fabricanții de ceramică folosesc în principal oxidul de plumb(II) (PbO) ca fondant pentru intervalul său scăzut de topire, intervalul larg de ardere, tensiunea superficială scăzută, indicele ridicat de refracție și rezistența la devitrificare.

În mediile poluate, dioxidul de azot reacționează cu apa (H2O) pentru a produce acidul nitros (HNO2) și acidul azotic (HNO3).

H2O + 2NO2 → HNO2 + HNO3

Nitratul solubil de plumb(II) (Pb(NO3)2) se formează atunci când oxidul de plumb(II) (PbO) din smalțurile cu plumb este expus la acidul azotic (HNO3)

PbO + 2HNO3 → Pb(NO3)2 + H2O

Pentru că expunerea la plumb este strâns legată de o serie de probleme de sănătate, denumite colectiv otrăvire cu plumb, eliminarea sticlei cu plumb (în principal sub formă de ecrane CRT aruncate la gunoi) și a ceramicii smălțuite cu plumb face obiectul reglementărilor privind deșeurile toxice.

Oxidul de crom(III)
Oxidul de crom(III) (Cr2O3) este utilizat ca și colorant în smalțurile ceramice. Oxidul de crom(III) poate suferi o reacție cu oxidul de calciu (CaO) și oxigenul atmosferic la temperaturile atinse de un cuptor pentru a produce cromat de calciu (CaCrO4). Reacția de oxidare schimbă cromul de la starea de oxidare +3 la starea de oxidare +6. Cromul(VI) este foarte solubil și este cea mai mobilă dintre toate celelalte forme stabile ale cromului.

Cr2O3 + 2CaO + 3⁄2O2 → CaCrO4

Cromul poate intra în sistemele de apă prin intermediul evacuărilor industriale. Cromul(VI) poate intra direct în mediu sau oxidanții prezenți în soluri pot reacționa cu cromul(III) pentru a produce crom(VI). Plantele au cantități reduse de clorofilă atunci când sunt cultivate în prezența cromului(VI).

Prevenirea
Oxidarea cromului în timpul proceselor de fabricație poate fi redusă prin introducerea de compuși care se leagă de calciu. Industriile ceramice sunt reticente în a utiliza alternative la plumb, deoarece smalțurile cu plumb oferă produselor o strălucire strălucitoare și o suprafață netedă. Agenția de Protecție a Mediului din Statele Unite ale Americii a experimentat cu un smalț dublu, alternativă de bariu la plumb, dar nu au reușit să obțină același efect optic ca și smalțurile cu plumb.