Zoals een keramist wil arriveren als kunstenaar, zo wil een keramiek glazuur arriveren op de juiste glazuur temperatuur. Greg Daly noemde dat in zijn glazuur reisverslag “arriving at temperature”. Wie durft er nog te zeggen dat er geen poëzie in keramiek glazuren zit?
Daly geeft methoden om te onderzoeken op welke temperatuur glazuren smelten, maar geen (theoretische) handvatten om bij een gegeven glazuur een prognose te kunnen geven. Die heb je echter wel nodig als je een glazuur wilt ontwerpen met een vooraf bepaalde temperatuur. Als je niet weet in welke hoek je moet zoeken, is het ook moeilijk om er te komen.
Glazuur temperatuur is een mechanisme, zoals er meerderen zijn in de glazuur technologie. Om dit mechanisme te kunnen ontcijferen moet je kijken vanuit de juiste invalshoek (meer hierover in dit blog).
Voor glazuur temperatuur is dit het oxideniveau. Als we het glazuur ontleden naar oxides (de verschillende moleculen in een glazuur) is het mogelijk trends te ontdekken.
Hoe je als kunstenaar moet arriveren dat ben ik nog aan het onderzoeken, maar hoe je een glazuur op de juiste temperatuur laat smelten daar heb ik wel richtlijnen voor gevonden. In dit blog ga ik in op de drie belangrijkste ratio’s:
- SiO2 – Al2O3
- RO2 – RO
- B2O3
Glazuur is glas
Voordat ik begin met de richtlijnen voor de stooktemperatuur van een glazuur eerst een korte samenvatting wat een glazuur ook al weer is.
Een glazuur is een glas dat niet van de pot afglijdt. Nauwkeuriger gezegd is een glazuur een aluminiumsilicaat. Een silicaat (net als glas), maar met aluminium (dat niet of nauwelijks in glas zit). De silicium (kwarts of SiO2 in de scheikunde) is de glasvormer. De toevoeging van aluminium zorgt voor een hoge viscositeit, (stroperigheid) zodat het niet van het verticale oppervlak af loopt.
Zo’n silicium-aluminium glazuur is prima, maar smelt pas op een zeer hoge temperatuur*, veel hoger dan de klei waarop het wordt aangebracht kan worden gestookt (ook veel hoger dan mijn keramiekoven aan kan). Daarom zit in ieder glazuur nog een derde type ingrediënt: een smeltmiddel.
Door toevoegingen van smeltmiddelen, kan vervolgens de temperatuur worden verlaagd voor:
- Porselein (1250-1320 oC)
- Steengoed (1200- 1280 oC)
- “Cone 6” midden temperatuur (1180 – 1220 oC)
- Aardewerk (1000-1080 oC)
- Raku (900 – 1000 oC)
Wat is de glazuur temperatuur?
“De” stook temperatuur van een glazuur bestaat niet, een glazuur heeft een smettraject gebaseerd op oventemperatuur (af te lezen op de pyrometer) en tijd. In het Engels heet dit “heat work“.
Om temperatuur en tijd te meten gebruiken keramisten cones, een kegeltje dat op een bepaalde tijd en temperatuur langzaam buigt en smelt (net als een glazuur). Een glazuur stook je bijvoorbeeld op cone 10 (zie ook dit blog).
In de laatste 100 à 150 graden van de stook worden de glazuurgrondstoffen zachter, sinteren en smelten tenslotte. Stook je te hoog (of te lang) dan gaat het glazuur lopen of druipen. Een beetje is niet erg (zelfs wel mooi), maar als het van je pot op de ovenplaat terecht komt heb je een probleem…
Als het glazuur niet helemaal is uitgesmolten is het ruw en stenig mat. Stook je het hoger, dan gaat het glazuur glanzen. Zo’n (te laag gestookt) mat glazuur is niet geschikt voor gebruiksgoed. Het is niet sterk en zal bijvoorbeeld slijten in de vaatwasser.
Je hebt ook “echte” matte glazuren (glazuren met veel aluminium t.o.v. silicium), deze blijven mat ook al stook je ze hoger. Stook je ze te hoog dan gaan ze lopen (en blijven mat) net als glanzende glazuren.
Voorspellen glazuur temperatuur
Naar het voorspellen van de stooktemperatuur van een glazuur is veel onderzoek gedaan. Eén van de eerste berekeningen is van Martin Lengersdorff. Hij publiceerde in 1964 “Praktische Berechnung von Massen und Glasuren” waarin hij een methode beschreef om door middel van de “smeltmiddelfactor” (“flussmittelfactor F”) een prognose van de smelttemperatuur van een gegeven glazuur te berekenen.
Zijn benadering heeft navolging gehad door o.a. Linus Pauling’s “Ionic potential” **. En meer recent in het glazuurberekeningsprogramma “Glasurenspiel” van Gustav Weiss. In dit programma werd een andere benadering gekozen. Op basis van een berekening van de viscositeitscurve (Vogel-Fulcher-Tammann-vergelijking) werd een temperatuur “tendens” weergegeven.
Met de ontwikkeling van de PC is het makkelijker geworden deze complexe berekeningen te maken. Lawrence Ewing (voormalig keramiek/glazuur technologie docent bij New Zealand’s School of Art) heeft bijvoorbeeld zowel de methode Lengersdorff (Flux Factor) als Pauling (Ionic Potential) experimenteel toegevoegd aan zijn glazuurcalculatie software Matrix.
In de praktijk niet zinvol
Ik heb zelf ook deze methoden overgenomen in Excel en berekend voor mijn eigen glazuren. Ik heb menig uur achter mijn pc doorgebracht om de rekensom te begrijpen, gegevens in te voeren en te vergelijken met de praktijk. Maar, hoewel leuk om dit soort berekeningen te maken (een sociaal leven heb ik al heel lang niet meer), gaf dit geen praktische informatie.
De diverse berekeningen gaven bijvoorbeeld aan dat de smelttemperatuur tussen de 1200 en 1300 oC zou liggen. Meestal klopte dit ook wel voor “reguliere” glazuren, maar daar schiet je in de praktijk toch niet zo heel veel mee op. Ik stookte vroeger op 1220 oC, dus dan wist ik nog steeds niet of het op “mijn temperatuur” zou smelten. Daarnaast misten veel berekeningen de minder gebruikte oxiden en was daardoor de berekening voor minder gebruikelijke glazuren, nog minder nauwkeurig.
Kortom vanwege de complexheid van het smeltproces is er tot op heden geen eenduidige manier “de” smelttemperatuur van een glazuur te voorspellen. Hoewel ik de theoretische benaderingen zeer interessant vind, zijn ze tot op heden in de praktijk niet (voldoende) betrouwbaar en zeker niet nauwkeurig genoeg om er echt iets aan te hebben.
Glazuur ratio Segerformule
Maar hoe kan je dan wel de glazuur temperatuur inschatten? Door te kijken naar specifieke ratio’s van een glazuur. Welke dat zijn, dat volgt, maar eerst moeten we de Segerformule (UMF) berekenen.
Dat is gelijk de eerste ratio waar we naar kijken. Het glazuurrecept wordt onderverdeeld in drie groepen die ik al heb genoemd:
- Smeltmiddel (ca. 10 oxiden, soms base of RO/R2O genoemd)
- Stabilisator (Al2O3 = aluminiumxode, soms neutraal of R2O3 genoemd)
- Glasvormer (SiO2= kwarts, soms zuur of RO2 genoemd)
In de Segerformule worden de smeltmiddelen in totaal altijd naar één gerekend. De stabilisator (Al2O3) en de glasvormer (SiO2) is dus naar rato van de smeltmiddelen.
Als je de Segerformule hebt berekend (bijvoorbeeld via glazy.org) van een specifiek glazuur, is het eerste waar je naar kan kijken de hoeveelheid kwarts (SiO2) en aluminium (Al2O3) in het glazuur. Simpel gezegd, hoe meer SiO2 en Al2O3 in het glazuur, hoe hoger de stooktemperatuur van het glazuur zal zijn.
De Segerformule is een prachtige ratio, maar hoe moet je die vervolgens interpreteren?
Ratio SiO2 – Al2O3
In 1914 hebben Stull en Howatt *** een grafiek gemaakt die de hoeveelheid Al2O3 (verticale as) en SiO2 (horizontale as) op een grafiek plotte. Het gebied links boven “Unfused” en rechts onder “Devitrified” geven aan waar het glazuur in ieder geval niet zal gaan smelten. Dat geeft een goede indicatie hoe hoog (of laag) beide hoeveelheden moeten zijn.
Maar hoe hoog is hoog en op welke temperatuur smelt het glazuur dan? Dat is niet precies te zeggen… Maar geen nood er zijn indicaties!
De eerste die ik vond was die van Gustav Weiss. Hij geeft in zijn boek “Freude an Keramik” 1972 (herdruk Neue Keramik Workshop IV, 1998) een tabel aan de hand waarvan je globaal de temperatuur kan inschatten. Bij een gegeven hoeveelheid Al2O3 (in de tabel R2O3) en SiO2 kan je een temperatuur aflezen.
| Temp C | Temp F | RO+R2O | R2O3 | RO2 |
|---|---|---|---|---|
| 800 | 1472 | 1 | 0,060 – 0,225 | 1,000 – 2,100 |
| 825 | 1517 | 1 | 0,060 – 0,275 | 1.000 – 2,150 |
| 850 | 1562 | 1 | 0,075 – 0,300 | 1,025 – 2,200 |
| 875 | 1607 | 1 | 0,080 – 0,300 | 1,050 – 2,275 |
| 900 | 1652 | 1 | 0,085 – 0,325 | 1,060 – 2,350 |
| 925 | 1697 | 1 | 0,090 – 0,340 | 1,075 – 2,450 |
| 950 | 1742 | 1 | 0,095 – 0,350 | 1,100 – 2,550 |
| 975 | 1787 | 1 | 0,100 – 0,375 | 1,150 – 2,700 |
| 1000 | 1832 | 1 | 0,100 – 0,390 | 1,200 – 2,825 |
| 1025 | 1877 | 1 | 0,100 – 0,410 | 1,300 – 3,000 |
| 1050 | 1922 | 1 | 0,100 – 0,450 | 1,375 – 3,150 |
| 1075 | 1967 | 1 | 0,120 – 0,475 | 1,500 – 3,500 |
| 1100 | 2012 | 1 | 0,150 – 0,500 | 1,600 – 3,500 |
| 1125 | 2057 | 1 | 0,175 – 0,525 | 1,750 – 3,750 |
| 1150 | 2102 | 1 | 0,200 – 0,550 | 1,950 – 4,000 |
| 1175 | 2147 | 1 | 0,250 – 0,600 | 2,150 – 4,350 |
| 1200 | 2192 | 1 | 0,275 – 0,650 | 2,400 – 4,700 |
| 1225 | 2237 | 1 | 0,325 – 0,700 | 2,600 – 5,150 |
| 1250 | 2282 | 1 | 0,375 – 0,750 | 3,000 – 5,750 |
| 1275 | 2327 | 1 | 0,450 – 0,825 | 3,500 – 6,400 |
| 1300 | 2372 | 1 | 0,500 – 0,900 | 4,000 – 7,200 |
| 1325 | 2417 | 1 | 0,575 – 0,975 | 4,700 – 8,200 |
| 1350 | 2462 | 1 | 0,650 – 1,050 | 5,400 – 9,200 |
| 1375 | 2507 | 1 | 0,725 – 1,150 | 6,250 – 10,200 |
| 1400 | 2552 | 1 | 0,800 – 1,250 | 7,200 – 11,300 |
| Gustav Weiss | (Neue Keramik Workshop IV, 1998, p.181) | |||
Het is niet heel precies (en er zijn uitzonderingen), maar dan heb je wel een idee in welke hoek je moet zoeken als je een glazuur ontwerpt. In het glazuurcalculatie programma Matrix geeft Ewing een soortgelijke inschatting****. Bij een gegeven glazuur (het kleine vierkantje) en temperatuur geeft het programma in een grafiek weer welke hoeveelheid Al2O3 en SiO2 zou moeten zijn.
Nog steeds niet heel precies, dan kan ook niet anders want andere ratio’s spelen ook mee.
Ratio RO2 – RO
Voor de volgende ratio kijken we naar de smelt-middelen; ook wel R2O/RO genoemd. Deze groep kan je onderverdelen in twee groepen, de Alkaliën (R2O) en de Alkalische aarde (RO). Waarom dit onderscheid maken? Omdat er een groot verschil is in beide soorten smeltmiddelen.
- De Alkaliën: Lithium, Natrium en Kalium (Li2O, Na2O en K2O) zijn sterke smeltmiddelen op lage temperatuur.
- De alkalische aarden: Magnesium, Calcium, Strontium en Barium (MgO, CaO, SrO en BaO) zijn relatief zwakker op lagere temperatuur, maar doen hun werk op hogere temperatuur.
Door naar de verhouding van deze twee groepen te kijken kan je een inschatting maken van de smelt temperatuur. Als de ratio R2O (totaal alkaliën) bijvoorbeeld 0,8 is en RO (totaal alkalische aarde) 0,2 (het totaal van de smeltmiddelen is altijd 1 in de Segerformule) zal het glazuur op een lage temperatuur smelten.
De Franse broeder en keramist Daniel de Montmollin heeft de invloed van de R2O – RO verhouding op de smelttemperatuur prachtig in beeld gebracht in zijn boek “The practice of stoneware glazes“. In 60 grafieken laat hij zien hoe het smeltgebied wordt vergroot door het verhogen van het aandeel R2O. Let op dat de as voor SiO2 en Al2O3 zijn omgewisseld! (de Fransen doen de dingen altijd net even anders 🙂 )
Moet je van deze ratio gebruik maken? Nee, tenminste niet voor glazuren die gebruikt worden voor gebruiksgoed!
Flux ratio moet 0,3 : 0,7 zijn
Rose en Matt Katz van Ceramic Materials Workshop hebben veel onderzoek gedaan naar de relatie van deze ratio en de bestendigheid van een glazuur. Als het aandeel alkaliën te hoog is, is het glazuur niet sterk. Zuren (bijvoorbeeld citroensap) of basen (vaatwasser) tasten het glazuur dan aan.
Een sterk glazuur moet daarom een smeltmiddel ratio (“flux ratio”) hebben in de buurt van 0,3 : 0,7 (R2O : RO). Hoger (of lager) maakt een glazuur minder bestendig. Dus het variëren van deze ratio beïnvloedt de smelttemperatuur van een glazuur, maar je moet dat niet gebruiken op keramiek die voor gebruik zijn bedoeld.
Ratio B2O3
Oké dus als R2O – RO ratio een vast gegeven is, hoe kan je dan een sterk glazuur op een lagere temperatuur maken? Door gebruik te maken van een bijzonder smeltmiddel: booroxide (B2O3).
Booroxide is niet echt een smeltmiddel en wordt daarom in de Segerformule niet gegroepeerd onder de R2O/RO groep. Booroxide is, net als silicium een glasvormer. Het heeft echter een (relatief) heel lage smelttemperatuur (510 oC). Hierdoor functioneert het in een glazuur als een smeltmiddel (zonder de bestendigheid aan te tasten).
Op 1280 -1300 oC kan een glazuur smelten zonder booroxide. Maar wil je een aardewerk glazuur maken op 1080 oC dan heb je booroxide nodig. Waarschijnlijk zo’n 0,2 à 0,4 B2O3. Wil je het precies weten dan zul je testen moeten doen.
Matt Katz heeft ook veel onderzoek naar de rol van B2O3 in glazuren. Op zijn website kan je een excel calculator downloaden waarin o.a. je een grafiek kunt vinden met B2O3 behoefte naar temperatuur.
Overige ratio’s
Zijn dit alle manieren om en glazuur te laten arriveren op temperatuur? Ik zou ja willen zeggen, maar de natuur zit eindeloos mooier in elkaar. Er zijn andere manieren om een goed gebalanceerd glazuur te maken op lagere temperaturen zonder booroxide.
Zoals:
- Zinkoxide (ZnO) bij specifieke hoeveelheid
- Loodoxide (PbO)
Om het loodoxide te beginnen, dit is een zeer giftige stof. Zelfs in gefritte vorm moet je hier mee oppassen, dus ik kan dit niet aanraden. Maar ….. je kan kan er wel mooie glazuren van maken op lage temperatuur. Dus ik moest het toch even noemen…
Toen aan het einde van de 19e eeuw de gevaren van loodglazuren duidelijk werden, gingen keramisten opzoek naar alternatieven. Waarschijnlijk in Bristol (UK) ontdekte ze dat met een specifieke hoeveelheid zinkoxide in een glazuur, de temperatuur kon worden verlaagd tot ca. 1200 oC. Dit type glazuur wordt ook wel een “Bristol” glazuur genoemd.
Andere factoren…
De natuur is gecompliceerd, zo ook glazuren. Ik hoop dat ik met dit schematische overzicht toch enig inzicht heb gebracht.
Er zijn meer factoren die de temperatuur van een glazuur bepalen, zoals de fijnheid (“mesh size”) van de grondstoffen, of ze al dan niet zijn “voor gesmolten” (zoals fritte) en de verschillende smeltmiddelen. En ik vergeet er vast nog een paar.
Het bekijken van bestaande (historische) recepten en specifieke “target” formules (uit betrouwbare bron) kunnen je in de goede richting wijzen. Maar hoe goed je de theorie ook doorgrond, uiteindelijk zal je door testen het smelttraject van het glazuur kunnen vinden.
De theorie wijst, de praktijk bewijst…
Iets op gestoken van dit blog? Geef mij een kop koffie zodat ik het volgende blog met nieuwe energie kan schrijven!
Voetnoten:
- 1595 oC, bron: Phase Diagrams for Ceramists, 1964, p.123 figuur 314.
** Ionic Potential wordt berekend aan de hand van de valency gedeeld door de radius van betreffende atomen in het glazuur. De methode is gepubliceerd in Cardew’s “Pioneer Pottery” (oorspronkelijke uitgave, p. 302) in 1969.
*** Oorspronkelijk publicatie: Stull, R.T. and Howatt, W.L., “Deformation Temperatures of Some Porcelain Glazes”, Trans. Am. Cer. Soc. XVI, 454 (1914). Ook in C.W. Parmelee “Ceramic Glazes”, 1948, (p. 156) en D. Green “A Handbook of Pottery Glazes”, 1979 (p.52).
**** Deze zijn oorspronkelijk afkomstig uit 1989 Monash University, Melbourne, Australië.
About Post Author
Al mijn glazuur testen komen er te bruin uit Glazuur is gesmolten en op opgegeven tenp gestookt Is het te heet gedtookt?? Groet Marlien
Hi Marlien,
Als het glazuur smelt, maar niet (teveel) van de pot afloopt is het niet te hoog gestookt. Wellicht is het glazuur te dun aangebracht , waardoor de kleur niet tot z’n recht komt… Suc6 Groetjes, Daniel