Een (keramiek) glazuur is de beschermlaag van gesmolten glas aangebracht op stenen voorwerpen om deze te beschermen of om deze te versieren. Door het glazuren wordt aardwerk ook minder poreus, waardoor het geschikt wordt voor het bewaren van vloeistof. (bron: wikipedia).
Praktisch gezien is een keramiek glazuur (voordat het gestookt is) een fijn poeder dat je mengt met water en zeeft (80 mesh) om een goede suspensie* te krijgen (eventueel met behulp van glazuurhulpstoffen zoals cmc of peptapon). Deze suspensie kan vervolgens door dopen, (in/over) gieten, spuiten, spritsen en kwasten worden aangebracht op de scherf (meestal biscuit gebakken).
Leestip: Kijk eens hoe “as, een restje winter “ (artikel op “Keramiek Bende”) wordt gebruikt in een glazuur
Chemie
Chemisch gezien is een glazuur een silicaatverbinding of kwartsverbinding. Net als glas is kwarts (siliciumdioxide) het belangrijkste ingrediënt. Kwarts heeft echter een smeltpunt van ruim 1700 0C. Dit ligt veel hoger dan de temperatuur waarop keramiek wordt gestookt (aardewerk ongeveer 1100, steengoed zo’n 1250 en porselein op zo’n 1320 0C, op hogere temperaturen behoudt klei zijn vorm niet en zal uiteindelijk smelten). Het is daarom noodzakelijk om stoffen toe te voegen om het smeltpunt zo te verlagen zodat de kwarts (siliciumdioxide) smelt op dezelfde temperatuur als de betreffende klei waarop het is aangebracht.
Simpel gezegd bestaat een glazuur uit 3 soorten bouwstenen:
1. Een smeltmiddel (ook wel base of RO/R2O groep)
2. Een stabilisator (ook wel neutraal of R2O3 groep)
3. Een glasvormer (ook wel zuur of RO2 groep)
1. De smeltmiddelen zoals loodoxide of calciumoxide (krijt), zorgen voor een lager smeltpunt van de glasvormer (kwarts ofwel siliciumdioxide),
2. De stabilisator, over het algemeen aluminiumoxide, zorgt voor een hoge viscositeit (= dik vloeibaar), zodat zodra het glazuur gesmolten is het niet van het oppervlakte afstroomt,
3. De glasvormer, altijd kwarts, zorgt voor het “glas” van het glazuur.
De oude Chinese keramisten noemden deze bouwstenen de botten (de glasvormers), het vlees (de intermediair) en het bloed (de smeltmiddelen) van een glazuur.
Als 4e groep zou je de “opaak (=niet transparant) kleurmakers” kunnen noemen, dit zijn de moleculen/bouwstenen waardoor het glazuur, bestaande uit de eerste drie groepen, een al dan niet transparante kleur zou krijgen.
Bij het ontwerpen van een glazuur is het de kunst de drie basisgroepen zo te combineren dat er een mooi transparant, glad, glanzend gesmolten glazuur ontstaat. Aan dit basisglazuur kunnen vervolgens kleuren worden toegevoegd (transparant of opaak), een bepaalde mate van glans (glanzend, zijde glans, halfmat etc. etc.) en/of bepaalde effecten (bijvoorbeeld craquelé). Om dit te bereiken is het naast veel theoretische kennis, noodzakelijk veel proeven uit te voeren. Daarover later meer. Het mag duidelijk zijn waarom de keramische kunst wel de meest wetenschappelijke van alle kunstvormen wordt genoemd.
Omdat glazuren al duizenden jaren worden gemaakt, zijn er veel glazuurrecepten en nog meer manieren om deze in te delen**. De indeling gebeurt op grondstof (bijv. “fritte glazuur”), uiterlijk (bijv. “celadon glazuur”), manieren van stoken (bijv. “raku glazuur”), stook temperatuur (laag, midden en hoog), etc. etc.
Deze indeling heeft vaak iets te maken op welk “niveau” je een glazuur beoordeelt. Er zijn 3 basis niveaus waarop een glazuur tegenwoordig op wordt beoordeelt, het recept”, de “chemische samenstelling” en de “Seger-formule”.
A. Het receptniveau
Dit is waarschijnlijk het oudste niveau waarop een glazuur wordt beoordeeld. Een glazuur recept bestaat uit de samenstelling van grondstoffen waaruit het glazuur is opgebouwd. Hieronder staan 2 voorbeelden:
Beoordeling:
- Wat voor grondstoffen zijn het,
- Kan ik aan deze (of soort gelijke) grondstoffen komen? (goedkoop/duur/levertijd)
- Zijn deze grondstoffen veilig? (giftig bij inhalatie, aanraking of inslikken)
- Hoe gedragen deze grondstoffen zich als ik ze met water meng? (oplosbaar in water, zakken snel uit of zorgen ze juist voor een goede suspensie),
- Wat is de kwaliteit van de grondstoffen (chemische samenstelling constant of wisselend, korrelgrootte),
- Is het toevoegen van glazuurhulpmiddelen noodzakelijk (zoals peptapon of optapix, bijvoorbeeld omdat het glazuur te snel uitzakt, stoffig na opbrengen of moeilijk te kwasten)
B. Chemische samenstelling
Alle stoffen uit de natuur zijn opgebouwd uit een beperkt aantal soorten atomen ook wel “elementen” genoemd***. Een atoom is van ieder scheikundig element de kleinste nog als zodanig herkenbare bouwsteen. Volgens het periodiek systeem der elementen bestaan er ruim 100 op aarde, in het glazuur theorie zijn er zo’n 20 van belang (dat valt weer mee, een overzicht staan in de tabellen hieronder). In de natuur komen deze atomen echter (bijna) nooit apart voor, zij verbinden zich tot moleculen, zoals bijvoorbeeld water (H2O) [O=1 atoom zuurstof, H=1 atoom waterstof, het molecuul water bestaat dus uit 2 atomen waterstof en 1 atoom zuurstof].
In glazuren zijn er zo’n 12 moleculen die worden gebruikt, dit zijn atomen die samen met zuurstof (scheikundige afkorting “O”) verbonden zijn. In de glazuurtheorie worden deze kortweg “oxiden” genoemd.
De grondstoffen uit de voorbeeldrecepten, bestaan uit 1 of meerdere van de genoemde “oxiden”. Zo bestaat fritte loodbisilicaat en loodmonosliscaat uit loodoxide [PbO] en siliciumoxide[SiO2], kaolin uit aluminiumoxide [Al2O3] en sliciumoxide [SiO2]. Kwarts en aluminiumoxide bestaan beide maar uit 1 soort; kwarts (bijna) uit 100% siliciumoxide [SiO2] en aluminiumoxide uit (je raad het al) aluminiumoxide [Al2O3]. De leverancier van grondstoffen geeft aan welke oxiden in de betreffende grondstof zit (en soms ook de werking ervan in een glazuur; de gids van Keramikos is daar een goed voorbeeld van). Uiteraard wordt dit ook in verschillende boeken beschreven, zoals bijvoorbeeld, de “inleiding glazuurtechniek” van Geert Theunissen.
In een “glazuurcalculatie programma” (ik heb gebruikt gemaakt van “Insight”, zie de “links pagina” voor anderen) kan je snel berekenen uit welke oxiden het recept bestaat en in welke verhouding (gewichtspercentage) ze voorkomen.
Nu blijkt bij de beoordeling van de voorbeeld glazuren, dat ze chemisch gezien (praktisch) gelijk zijn: 35% loodoxide [PbO], 22% aluminiumoxide [Al2O3] en 43% silicium-oxide [SiO2]. Deze glazuren zullen dus (theoretisch) gelijk en zullen dus na het stoken er (ongeveer) hetzelfde uitzien. Nu zie je ook dat je eenzelfde glazuur, op basis van andere grondstoffen kan maken
Beoordeling:
- Welk van de 12 oxiden komen in het recept voor en in welke hoeveelheid (gewicht)?
Dit is van belang om verschillende recepten met elkaar te vergelijken, maar ook om (vooraf) een idee te hebben van het karakter van het glazuur. Zo geeft loodoxide een “warmer” glazuur dan bijvoorbeeld een “natrium/kalium” glazuur. - Hoeveel “vervliegt” in de stook?
In sommige grondstoffen zitten behalve de oxiden (de 12 genoemde) die overblijven na de stook, ook stoffen als water (H2O) en koolstof (CO2). Deze verdampen/vervliegen in de stook. In het Engels heet dit LOI (=Lost On Ignition) en wordt ook berekend door het glazuurcalculatie programma. In voorbeeld 1 is er zo’n 7% (van het recept gewicht) dat verdwijnt (het chemisch gebonden water in de kaolin). - Berekening van andere eigenschappen, met name de “uitzetting” van het glazuur, dit bepaalt voor een belangrijk deel of het glazuur zal craqueleren of niet. Het glazuurprogramma berekent ook deze “uitzettingscoëfficiënt”. Hieruit blijkt bijvoorbeeld dat loodglazuren, zoals ons voorbeeld een lagere uitzetting heeft dan natrium/kalium glazuren. Loodglazuren craqueleren hierdoor minder vaak dan andere glazuren.
C. De Segerformule
De Duitse scheikundige Hermann A. Seger (1839-1894) bedacht aan het einde van de 18e eeuw een andere manier om glazuren chemisch te beschrijven; niet het gewichtspercentage van de oxiden in het glazuur bepaalt de belangrijkste eigenschapen van een glazuur, maar de verhouding van het aantal van de verschillende oxiden bepaalt dit. Tevens verdeelde hij de glazuuroxiden in 3 groepen (zoals in tabel 1) en stelde de smeltmiddelen op ”1”, deze schrijfwijze van een glazuur wordt de “Segerformule” in het Engels ook wel “unity formula”(=eenheidsformule) genoemd. Deze formule is tegenwoordig ook weer snel te berekenen met behulp van glazuurcalculatie software. Onze voorbeeld glazuren worden dan als volgt:
In bovenstaande glazuren is de Segerformule (unity formula) berekend, beide zijn (ongeveer) gelijk, ze hadden immers ook een gelijke chemische samenstelling (zie B).
Aan de hand van de Segerformule kan het glazuur nog beter worden beoordeeld en vergeleken worden met andere glazuren. Er kan onder andere een inschatting worden gemaakt van de smelttemperatuur van het glazuur. De smelttemperatuur heeft vooral te maken met de verhouding smeltmiddelen ten opzichte van de siliciumoxide (maar niet alleen!, zie verder op). Daarnaast geeft de hoeveelheid aluminiumoxide ten opzichte van de siliciumoxide aan hoe glanzend of mat het glazuur zal worden, de vuist regel is aluminium: silicium 1: 5 of minder, dan mat, 1: 10 dan glanzend. 1:9 wordt veelal als optimaal beschouwd (voor een glanzend glazuur).
Beoordeling:
1. Beoordeling smelttraject
De smelttemperatuur van het voorbeeld glazuur ligt volgens de limietformule boven de 1200 oC. Voor een glazuur van 1060 oC, zal dus de kwarts [siliciumoxide] drastisch omlaag moeten (minimaal 1,4 en maximaal 3,2).
2. Beoordeling glans/matheid.
Voor een glanzend glazuur zal de hoeveelheid aluminiumoxide drastisch omlaag moeten, zodat de aluminium t.o.v. de kwarts zo’n 1:9 is. De richtlijn is volgens Weiss minimaal 0,1 en maximaal 0,45.
3. Meer richtlijnen: de limietformulen.
De genoemde glazuren zijn versimpelde voorbeelden, de meeste glazuren hebben meerdere smeltmiddelen, loodoxide wordt bijvoorbeeld vaak gecombineerd met calciumoxide. Er is echter al heel veel onderzoek gedaan, waardoor er richtlijnen zijn voor de combinatie van smeltmiddelen en de hoeveelheid aluminium- en siliciumoxide. Dit worden “limietformulen” genoemd. Bekende auteurs hiervan zijn Rhodes, Cooper , Matthes en Green (zie literatuur).
De smelttemperatuur van een glazuur
Het belangrijkste onderdeel van een glazuur is natuurlijk dat het “glas” is geworden na de stook ofwel dat het gesmolten is. Het smelttraject**** van een glazuur wordt door veel factoren bepaald:
1. Smeltmiddelen t.o.v. stabilisator en glasvormers
2. Het soort en aantal verschillende smeltmiddelen
3. De korrelgrootte van de grondstoffen
4. De chemische menging van de grondstoffen
5. Eutectisch mengselverhouding
6. Stook schema (snel of langzaam naar de top temperatuur)
7. Stook omstandigheden (oxiderend, reducerend)
8. Onbekende factoren…
Bron: Weiss, 1984, p.179
In het voorgaande voorbeeld ben ik ingegaan op het theoretisch bekijken van een glazuur. Het is absoluut verstandig om zo een glazuur te “ontleden” en te kijken wat je er van kunt leren. In de afgelopen 100 jaar is hierover een enorme vooruitgang geboekt en het is met behulp van glazuurcalculatie software gemakkelijker dan vroeger hier gebruik van te maken. Maar hoeveel er ook theoretisch al bekend is, uiteindelijk zal er toch getest moeten worden. Alle theoretische kennis kan je helpen bij het bepalen van een proef die in de juiste richting zit, maar de juiste stooktemperatuur van een glazuur kan alleen vast worden gesteld door het stoken.. .. of zoals de Engelsen zeggen “the proof of the pudding is in the eating”
Leestips voor de glazuur technisch geïnteresseerden:
- Met oxides eindeloos veel mogelijkheden een keramiek glazuur kleur te geven, in dit blog de 4 belangrijkste factoren die van invloed zijn op het resultaat. Lees “De kunst van het inkleuren “
- Kunst geeft het leven kleur… en oxides geven glazuren kleur. Een keramisch kunstenaar die meer kleuren wilt, die moet combineren. Lees “Keramiek glazuur: kleuren combineren“
(artikelen op m’n blog “Keramiek Bende”)
* Een suspensie is een mengsel waarbij één of meerdere (kleine) deeltjes in een vloeistof (bij glazuren water) zweven. Een suspensie is dus geen oplossing, hierbij is de gemengde stof volledig opgegaan in de vloeistof en is er een homogeen mengesel ontstaan. Een oplossing is bijvoorbeeld thee met suiker (éénmaal opgelost kan de suiker niet meer uit de thee worden gehaald). Een suspensie is bijvoorbeeld thee met (fijn) zand, het zand lost niet op, maar kan je er weer uit zeven.
** Waarschijnlijk zo’n 4000 á 5000 v Chr. zijn in centraal en zuidoost Europa in de prehistorische mijndorpen de vroegste experimenten met glazuren gedaan. Het tot nu oudste glazuurrecept, is genoteerd op een klei tablet, ongeveer 1700 v Chr., gevonden in Tell Umar, Irak.
*** De term atoom komt uit het Grieks en betekent ongeveer minuscuul ondeelbaar blokje: "a-tomos" (onsnijdbaar). Sinds de atoombom, weten we dat dit niet waar is (atomen zijn splitsbaar, met alle gevolgen van dien), maar bij het glazuren zal dat niet gebeuren, dus voor keramisten zijn het nog altijd de kleinst mogelijke deeltjes.
**** Bij een glazuur spreek je niet over een smeltpunt (zoals bijvoorbeeld 0 oC bij water) omdat glazuren zeer geleidelijk “zachter” worden naar mate de temperatuur boven een bepaalde grens is gekomen.