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Escultura Cermica. Optativa de 2 Ciclo Departamento de Escultura. Universidad de Granada

Profesor Jorge A. Durn Surez 1

Pieza realizada en refractario modificado con aireante para horneada tipo Rak. Realizada por Morillas, B. 2005/06

EL SOPORTE CERMICO La creacin de obras de arte y otros objetos mediante sntesis de arcillas naturales es una labor apasionante y en cierta forma misteriosa. La transformacin de determinadas materias primas con propiedades plsticas en otras rgidas y duraderas es fundamental para el Licenciado en Bellas Artes.

Alto relieve de la serie The Queen Mother, realizado en terracota (980-1000C) por Paul Day (2005/06).



Desde la antigedad (Prehistoria) se han buscado los materiales arcillosos por su facultad de formar con el agua una pasta uniforme, flexible, dctil y maleable (plasticidad). A partir de ello, en especial las mujeres (parece ser por los paralelismos actuales), se dedicaron a la obtencin de objetos y recipientes, modelados con tierras, los cuales, secados al sol adquiran rigidez y resistencia. Las tierras ricas en arcillas son extremadamente abundantes en la superficie terrestre y una vez calentadas al rojo e incluso a ms altas temperaturas se transforman en materias duras y poco porosas. Este descubrimiento: transformar estas tierras mediante el calor, debe ser casual. Probablemente mediante la accin del fuego en el suelo y su posterior (progresiva) observacin.

CERMICA, se puede definir actualmente como el conjunto de productos basados en arcillas o caolines, los cuales estn transformados por la accin del calor. Las materias primas son de dos clases: arcillas plsticas, amasadas con agua forman pasta y son maleables, y materias primas antiplsticas, determinando a la pasta estructuralidad. Pueden ser inertes en la masa o provocar vitrificacin a determinadas temperaturas (en este ltimo caso se denominan fundentes).

Una primera tipologa del soporte est en funcin de sus materias primas, diferencindose pastas cermicas que parten de arcillas fusibles y refractarias (con trmino intermedio en vitrificables).

Tem

pera

tura

(C

)

Figura 1. Esquema de valores trmicos y principales productos cermicos obtenidos

PRINCIPALES COMPONENTES Las arcillas refractarias son untuosas al tacto con fractura brillante. Ricas en caolinita. Su color va desde el blanco al negro, en estado crudo; blanco, ebrneo o gris despus de la coccin (debido a impurezas como Fe-Ti-C). Su principal caracterstica es la elevada temperatura de FUSIN que pueden



soportar (1600-1750 C). Las arcillas fusibles son menos ricas en caolinita que las anteriores. Su punto de fusin se sita ligeramente por encima de los 1100 C.

Las arcillas y los caolines proceden de la descomposicin hdrica (fsica y qumicamente) de rocas feldespticas. Los principales feldespatos que originan arcillas y caolines se suelen encontrar como: Feldespato potsico (ortosa). K2OAl2O36SiO2. Feldespato sdico (albita). Na2OAl2O36SiO2. Feldespato clcico (anortita). CaOAl2O32SiO2.

Figura 2. Minerales feldespticos. Izquierda Ortosa, centro Anortita y derecha Albita.

Es raro que en la naturaleza aparezcan frmulas perfectas a las anteriores, siendo usual que los feldespatos contengan los dos lcalis (K-Na), junto con impurezas tipo xido de hierro. La erosin de estas rocas hace que las partes alcalinas y calcreas (relativamente solubles en agua) sean arrastradas, quedando almina y slice. Parte de estos compuestos se descomponen, y parte son hidratados, formando el mineral denominado caolinita (Al2O32SiO22H2O), cuya proporcin es r 45% de slice; 40% de almina y 15% de agua. La descomposicin tpica es la siguiente:

K2OAl2O36SiO2 + 3H2O = Al2O32SiO22H2O + 2KOH + 4SiO2

FELDESPATO + AGUA = CAOLINITA + POTASA Custica

+ SLICE

La transformacin de rocas feldespticas da origen a los caolines o arcillas primarias (en su lugar de formacin) y a las arcillas sedimentarias o secundarias (lejos de las rocas de procedencia) de tamao de partcula ms fino que los caolines. Mineralgicamente estos materiales tienen forma de escamas de aproximadamente 1Pm. y apariencia de empaquetamiento de tejas. Con agua tienen la propiedad de mantener la forma (plasticidad), por su orientacin laminar y por la presencia de materia orgnica (coloides). Tambin se encuentran partculas de tamao ms grueso, formadas por cuarzo y trozos de roca feldesptica, asociadas al desplazamiento del agua o por la sedimentacin.



Figura 3. Caolinita vista bajo SEM; fragmento de caoln (izquierda), imagen de SEM mostrando estructura laminar de caolinita (centro) y detalle de estructura laminar de caolinita-illita (derecha). Abajo, imgenes de Microscopa electrnica donde se muestran arcillas y sedimentos arcillosos.

APROVECHAMIENTO



Figura 4. Cantera de Caoln y playa rica en caoln (O Vicedo-Lugo). Imagen de extraccin de caoln en Villaronte-Lugo (1965).

Caolines. Mayor caolinita que las secundarias, presentan residuos y restos de roca madre. Deben ser filtrados por decantacin antes de su uso. Por su tamao de partcula (mayor que las secundarias) presentan menor plasticidad. Variedades: China Clay o Zettlitz (Checoslovaquia) con mas de 98% de caolinita.

Arcillas plsticas refractarias (secundarias). Buena proporcin de caolinita e impurezas de material fino. Mejor plasticidad y buena refractariedad.

Arcillas esquistosas refractarias (secundarias). Mayor tamao de partcula=baja plasticidad y alta refractariedad (bastante caolinita).



Arcillas plsticas de gres (secundarias). Plasticidad (partcula media-fina) y refractariedad medio-baja, (menor %caolinita). Buena vitrificacin por presencia de lcalis y por Fe, Mg y Ca (fundentes).

Acillas fusibles o de tejar. Elevada plasticidad por el pequeo tamao de partcula. Sedimentarias-terciarias estn muy extendidas. En su desplazamiento se han mezclado con fundentes, Ca, Fe y Mg o fragmentos de roca-mineral (feldespatos-granitos, etc.). Coloracin: gris, amarilla, rojiza o negra, dependiendo de las combinaciones de Fe u otros elementos. Al cocerse casi siempre viran al rojo. Esencialmente se componen de caolinita, incluyendo un silicato ms cido (Illita Al2O33SiO22H2O), e impurezas (fusibilidad).

Figura 5. Imgenes de cermicas de ladrillera vistas al microscopio ptico de luz polarizada. Ntese la matriz, porosidad y desgrasantes de las mismas. Algunos granos desgrasantes de carbonato clcico muestran zonas descompuestas y zonaciones alteradas trmicamente.

Arcillas menos puras en caoln generan productos cermicos

ms pobres (eg. tejas y ladrillos).



TABLAS DE ARCILLAS PARA CONFORMADO DE PASTAS CERMICAS

ARCILLAS FERRUGINOSAS ORDINARIAS

Composicin Color T. Cocc-vitri T. Fusin Otros

3-8% Fe2O3 0-6% CaCo3

Pardo Rojizo

940-1040C 1200C

A menudo se usan como engobes. Feldespato, Ca, Mg y Fe generan

vitrificacin rpida ARCILLAS FERRUGINOSAS POCO FUSIBLES


8-17% Fe2O3 0-3% CaCo3

Pardo Rojo

1000-1150C

1400-1600C

Feldespato, Ca, Mg y Fe generan vitrificacin rpida

ARCILLAS MARGOSAS


0-3% Fe2O3 6-20% CaCo3

Amarillo Pardo 1000C

1080-1200C

Gran fusibilidad debido a su alto contenido en Ca. Problemas de

recristalizacin de Ca MARGAS ARCILLOSAS


0-1% Fe2O3 20-40% CaCo3

Amarillo Marfil

1080-1200C

Poca plasticidad debido al CaCO3. Buenos resultados

mezcladas con arcillas ferruginosas

MARGAS CALCAREAS


20-40% CaCo3 Se usan como desengrasantes

ARCILLAS SILICOSAS FERRUGINOSAS


Rojizo Elevado contenido en material desengrasante

ARCILLAS SILICOSAS CALCREAS


Rojo Amarillo

Elevado contenido en desengrasante Preparacin de engobes



CONTROL Y ENSAYOS DE LAS MATERIAS PRIMAS Merma durante secado y coccin

Figura 6. Esquema grfico de preparacin de probetas para medir la contraccin lineal de las pastas cermicas.

Control de contraccin a temperatura ambiente, a 110 C y despus o durante la coccin. Trazar 2 diagonales en una placa de arcilla de 100-120x50x10 mm., sobre el centro trazar mediante un comps dos marcas distantes 50 mm. Como variante se puede realizar una probeta de pasta cermica con dimensiones aproximadas a 100x50x10 mm. Comprobar, en ambos casos, tras el secado a las referidas temperaturas la variacin porcentual lineal, segn la siguiente ecuacin:

1000

0

LLL

CL tt

Donde Lt es la longitud de la muesca en funcin de la temperatura y L0 es la longitud inicial de la muesca. El ensayo puede hacerse, en el caso de merma tras coccin en rangos de 800-1450C. Para ver la merma en funcin de la temperatura es conveniente introducir la probeta en el horno y aumentar la temperatura de forma progresiva (50 C cada hora).

Ensayo de prdida de masa (agua de amasado y estructural) Control de la variabilidad porcentual de agua durante el proceso de secado a temperatura ambiente. Obtencin de valores de peso despus de amasado de probetas de 80x40x6 Mm. y tras el secado despus de 48 horas (opcionalmente a intervalos de tiempo).

1000

0

MMMs

M '

Donde Ms es el peso seco y M0 es el peso inicial de la probeta. Tras este ensayo se puede controlar el mismo parmetro ('masa) en funcin de la temperatura. Se utiliza la misma ecuacin, pero en vez de Ms lo sustituimos por Mt que representa el peso de la probeta en funcin de la temperatura. Con estos ltimos datos podemos hacer una representacin grfica de este tipo:



Figura 7. Representacin grfica de variacin de masa de una pasta cermica (hipottica) en funcin de la temperatura.

Confeccin de plaquetas para ensayos de vidriados/engobes Cualquier probeta realizada en pasta frecuentemente utilizada o no, con una perforacin en la parte superior (pequea asa) para su fcil almacenamiento. Deben indicarse los datos del ensayo (tipo de vidriado y/proporciones) grabados en alguna parte de la probeta.

Temperatura de coccin de los productos cermicos

En la industria cermica basta con llevar las muestras de arcillas o caolines a la temperatura habitual de coccin, siendo este el primer y fundamental ensayo para apreciar la calidad de los materiales y sus mezclas. La siguiente tabla muestras diversas temperaturas a las que debern ser sometidos diferentes productos cermicos.

Temperaturas de trabajo Tipo de producto

800-960C Templa de alfarera normal, gres fino, maylica blanda y porcelana 960-1100C Vidriado de alfarera ordinaria, y maylicas blandas

1100-1200C Vidriados de maylicas duras, mixtas, coccin de clinker y gres blando 1120-1300C Cubiertas de gres y de maylica dura y china vidriada 1250-1350C Cubiertas y pastas de porcelana blanda y gres duros 1380-1450C Cubiertas y pastas de porcelana dura y productos refractarios

Lo habitual es disponer un horno especial para incrementar las temperaturas en las probetas de ensayo, desde los 750-800C hasta los 1450C. Tras cada rango trmico comprobar aspecto superficial y dimensiones, as como si existe redondeamiento en esquinas y coloracin (preferentemente valoracin cuantitativa). Dada la variabilidad de fusin de posibles pastas y sus mezclas con diferentes aditivos, es posible observar las pastas con adiciones de arena cuarzosa (nunca carbonatada), feldespato, greda-dolomita, caolinita, bentonita



(plastificante), xido de hierro, serrn, carbn, paja, papel y chamota (no ms de un 5%).

Anlisis por tamizacin

Pretende determinar la arena retenida en diferentes tamices o coladores calibrados. Con 100 gr. de arcilla desecada a 110C, se tritura y se diluye en 1000 ml. de agua. Se hace pasar esta barbotina por los diferentes tamices (144, 900 y 4900 mallas) que se encuentran secos y pesados. Tras el filtrado se secan nuevamente los tamices con sus residuos a 110C y se pesan. La diferencia de peso antes y despus da una idea del porcentaje de arena retenido en cada tamiz. Todo ello debe ser expresado en %.

Absorcin de agua

La cantidad de agua absorbida en una cermica determina, en cierta manera su grado de porosidad. Una plaqueta de cermica seca a 110C, se pesa. Posteriormente se sumerge en agua en ebullicin, durante dos horas (para saturarla). Finalizado este tiempo se saca, seca ligeramente y se vuelve a pesar. La diferencia de pesada, expresada en tantos por ciento, da una idea de la porosidad de absorcin de agua de los diferentes materiales. Se puede calcular con

10020)110(0

)110(0

C

C

PPPsat

AH

Donde Psat es el peso de la probeta saturada en agua y P0(110C) es el peso inicial de la probeta, seca a 110C. Se considera gresificada cualquier pasta cermica que absorba menos del 2% de agua.

Determinacin de caliza en una arcilla fusible

Partiendo de la base de la reaccin de efervescencia que tienen los cidos sobre los carbonatos, podemos aadir cierta cantidad (pesada) de ClH (cido clorhdrico) a determinada arcilla fusible. Pesando la cantidad de arcilla conjuntamente con el cido y posteriormente aadindolo a la arcilla, provocamos que el CO2, desprendido provoque la disminucin de peso. A partir de la siguiente regla podemos deducir la cantidad de CO3Ca en una muestra, teniendo en cuenta que en 100 gr. de CO3Ca, 56 son de CaO y 44 de CO2.

4421003 odesprendidxCOCaCO

Ensayo de resistencia mecnica La transmisin de ondas elsticas a travs de un determinado material es indicativo de su compacidad, presencia mayor o menor de poros y de mayor o menor resistencia mecnica. Materiales que permiten que los ultrasonidos sean transmitidos a mayor velocidad son por lo general materiales con mayot compacidad y resistencia mecnica. Este ensayo puede ser realizado a



intervalos de diferentes temperaturas y siempre con un dispositivo medidor de ultrasonidos anlogo al que se muestra en la figura 8.

Figura 8. Medidor porttil de pulsos ultrasnicos para testar materiales.

Figura 9. Variabilidad de transmisin de pulsos ultrasnicos en funcin de la temperatura de horneado con diferentes pastas cermicas.



Figura 10. Imgenes de Microscopa electrnica de diferentes muestras cermicas en funcin de la temperatura de horneado.

Tcnicas de trabajo y tiles 1

Figura 11. Rehidratacin de pasta seca y eliminacin de agua sobrante mediante colada y mediante amasado.



Figura 12. Acondicionado mediante amasado de una pasta arcillosa hidratada

Figura 13. Fases de un correcto amasado y homogenizacin de una pasta cermica



Figura 14. Fases de homogenizacin de dos pastas cermica hasta una mezcla correcta.

Figura 15. Diferentes pastas cermicas y pasta amasada con veteados.

Figura 16. tiles y herramientas participativas en el proceso de creacin escultrico.



Figura 17. Hornos de diversas caractersticas y sensores trmicos. Cono piromtrico en horno elctrico. Disposicin de conos piromtricos para tres rangos trmicos. Accesorios refractarios para el horneo, con detalle de aplicacin de capa aislante de almina-caoln. Sistema de carga del horno.



Figura 18. Modelo de probeta para medir contraccin, deformabilidad, engobes con sin vidriado, bruidos, etc.

Figura 19. Probetas de ensayo para medicin de contraccin, deformabilidad, engobes con sin vidriado, bruidos, etc.

Prcticas Taller de Cermica

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