Керамическая глазурь , или просто глазурь , представляет собой стекловидное покрытие на керамике. Используется для декорирования, чтобы обеспечить непроницаемость изделия для жидкостей и минимизировать прилипание загрязняющих веществ. [1]
Глазурь делает фаянс непроницаемым для воды, герметизируя присущую фаянсу пористость . Она также придает более прочную поверхность. Глазурь также используется на керамограните и фарфоре . В дополнение к своей функциональности, глазури могут образовывать различные виды отделки поверхности, включая степени глянцевой или матовой отделки и цвета. Глазури также могут улучшать базовый дизайн или текстуру, как неизмененные, так и выгравированные, вырезанные или расписанные.
Большая часть керамики , произведенной в последние столетия, была глазурованной, за исключением изделий из бисквитного фарфора , терракоты и некоторых других типов. Плитка часто глазуруется на лицевой стороне, а современная архитектурная терракота часто глазуруется . Глазурованный кирпич также распространен. Сантехника неизменно глазуруется, как и многие керамические изделия, используемые в промышленности, например, керамические изоляторы для воздушных линий электропередач .
Наиболее важными группами традиционных глазурей, каждая из которых названа по основному керамическому флюсу , являются:
Глазурь можно наносить распылением, окунанием, волочением или кистью на водную суспензию необожженной глазури. Цвет глазури после обжига может значительно отличаться от цвета до обжига. Чтобы предотвратить прилипание глазурованных изделий к печной оснастке во время обжига, либо небольшая часть обжигаемого предмета (например, ножка) остается неглазурованной, либо в качестве опор используются специальные огнеупорные « шпоры ». После обжига их снимают и выбрасывают.
Исторически глазурь керамики развивалась довольно медленно, поскольку необходимо было найти соответствующие материалы, а также была необходима технология обжига, способная надежно достигать необходимых температур. Глазури впервые появились на каменных материалах в 4-м тысячелетии до н. э., а древнеегипетский фаянс ( фриттовая посуда , а не материал на основе глины) был самоглазурирующимся, так как материал естественным образом образовывал глазуроподобный слой во время обжига. Глазурь керамики последовала за изобретением стекла около 1500 г. до н. э., на Ближнем Востоке и в Египте с щелочными глазурями, включая глазурь из золы , и в Китае с использованием молотого полевого шпата . Примерно к 100 г. до н. э. свинцовая глазурь была широко распространена в Старом Свете . [3]
Глазурованный кирпич восходит к Эламскому храму в Чогха Занбиле , датированному 13 веком до н. э. Железная пагода , построенная в 1049 году в Кайфэне , Китай , из глазурованного кирпича, является известным более поздним примером. [4]
Свинцовая глазурованная керамика, вероятно, производилась в Китае в период Воюющих царств (475 – 221 до н.э.), и ее производство возросло во время династии Хань. Высокотемпературная глазурованная керамика протоселадон производилась раньше, чем глазурованная керамика, со времен династии Шан (1600 – 1046 до н.э.). [5]
В период Кофун в Японии изделия Суэ украшались зеленоватой глазурью из натурального ясеня . С 552 по 794 год нашей эры появились разноцветные глазури. Трехцветные глазури династии Тан часто использовались в течение определенного периода, но постепенно были выведены из употребления; точные цвета и составы глазурей не были восстановлены. Однако глазурь из натурального ясеня широко использовалась по всей стране.
В XIII веке цветочные узоры рисовали надглазурными красками красного, синего, зеленого, желтого и черного цвета. Надглазурные краски стали очень популярны из-за особого вида, который они придавали керамике .
С восьмого века использование глазурованной керамики было распространено в исламском искусстве и исламской керамике , обычно в форме сложной керамики . [ требуется цитата ] Оловянная глазурь была одной из самых ранних новых технологий, разработанных исламскими гончарами. Первые исламские непрозрачные глазури можно найти в виде расписанных синим цветом изделий в Басре , датируемых примерно восьмым веком. Другим значительным вкладом было развитие керамических изделий , происходящих из Ирака в девятом веке. [6] [ требуется полная цитата ] Другие места для инновационной керамики в исламском мире включали Фустат (с 975 по 1075 год), Дамаск (с 1100 по примерно 1600 год) и Тебриз (с 1470 по 1550 год). [ требуется цитата ]
Глазури должны включать керамический флюс , который действует, способствуя частичному разжижению в глиняных телах и других материалах глазури. Флюсы понижают высокую температуру плавления стекла, образуя кремний , а иногда и триоксид бора .
Сырье для керамических глазурей обычно включает кремний, который будет основным стеклообразователем. Различные оксиды металлов, такие как оксиды натрия , калия и кальция , действуют как флюс и, следовательно, понижают температуру плавления. Глинозем , часто получаемый из глины , придает расплавленной глазури жесткость, предотвращая ее стекание с изделия. [7] Красители, такие как оксид железа , карбонат меди или карбонат кобальта , [7] а иногда и замутнители, включая оксид олова и оксид циркония , используются для изменения внешнего вида обожженной глазури.
Глазурь можно наносить путем сухого напыления сухой смеси на поверхность глиняного тела или путем помещения соли или соды в печь при высоких температурах для создания атмосферы, богатой парами натрия, которые взаимодействуют с оксидами алюминия и кремния в теле, образуя и откладывая стекло, производя то, что известно как соляная глазурь для керамики . Чаще всего глазури в водной суспензии различных порошкообразных минералов и оксидов металлов наносятся путем погружения деталей непосредственно в глазурь. Другие методы включают заливку глазури на деталь, распыление ее на деталь с помощью аэрографа или аналогичного инструмента или непосредственное нанесение ее кистью или другим инструментом.
Чтобы предотвратить прилипание глазурованного изделия к печи во время обжига, либо небольшую часть изделия оставляют неглазурованной, либо ее поддерживают на небольших огнеупорных опорах, таких как шпоры и ходули печи , которые снимают и выбрасывают после обжига. Небольшие следы, оставленные этими шпорами, иногда видны на готовой посуде.
Подглазурный декор наносится до глазури, обычно на необожженную керамику («сырую» или «зеленую»), но иногда и на « бисквитную » (первичный обжиг некоторых изделий перед глазурованием и повторным обжигом). [8] [9] [10] Мокрая глазурь — обычно прозрачная — наносится поверх декора. Пигмент сплавляется с глазурью и кажется находящимся под слоем прозрачной глазури; как правило, используемый материал корпуса обжигается до беловатого цвета. Самый известный тип подглазурного декора — это сине-белый фарфор, впервые произведенный в Китае, а затем скопированный в других странах. Яркий синий цвет использует кобальт в виде оксида кобальта или карбоната кобальта . [11] Однако многие из имитационных типов, такие как фаянсовая посуда , имеют не совсем белые или даже коричневые глиняные корпуса, на которые нанесена белая оловянная глазурь и либо внутриглазурный, либо надглазурный декор. С изобретением англичанами в XVIII веке кремовой и других видов белой фаянса подглазурная роспись стала широко использоваться как на фаянсе, так и на фарфоре.
Надглазурный декор наносится поверх обожженного слоя глазури и обычно использует цвета в «эмали», по сути, стекле, которые требуют второго обжига при относительно низкой температуре, чтобы сплавить их с глазурью. Поскольку обжиг производится только при относительно низкой температуре, в исторические периоды можно было использовать более широкий спектр пигментов. Надглазурные цвета — это низкотемпературные глазури, которые придают керамике более декоративный, стекловидный вид. Сначала изделие обжигается, этот начальный обжиг называется обжигом глянца , затем наносится надглазурный декор, и оно снова обжигается. После того, как изделие обжигается и выходит из печи, его текстура становится более гладкой из-за глазури.
Другие методы - это, во-первых, inglaze , когда краски наносятся на глазурь перед обжигом, а затем встраиваются в слой глазури во время обжига. Это хорошо работает с оловянной глазурью, такой как майолика , но диапазон цветов был ограничен теми, которые могли выдержать обжиг глянца, как при подглазурной глазури. Цветные глазури, когда пигменты смешиваются с жидкой глазурью перед ее нанесением на керамику, в основном используются для придания единого цвета всему изделию, как в большинстве селадонов , но также могут использоваться для создания дизайнов в контрастных цветах, как в китайских изделиях sancai («трехцветных»), или даже для создания нарисованных сцен.
Многие исторические стили, например, японская керамика Имари , китайские доукай и вукай , сочетают в себе различные типы декора. В таких случаях за первым обжигом для корпуса, любого подглазурного декора и глазури обычно следует второй обжиг после нанесения надглазурных эмалей.
Тяжелые металлы — это плотные металлы, используемые в глазури для получения определенного цвета или текстуры. [9] Компоненты глазури с большей вероятностью выщелачиваются в окружающую среду, когда непереработанные керамические изделия подвергаются воздействию теплой или кислой воды. [12] Выщелачивание тяжелых металлов происходит, когда керамические изделия глазуруются неправильно или повреждены. [12] Свинец и хром — два тяжелых металла, которые могут использоваться в керамических глазурях, которые находятся под строгим контролем государственных органов из-за их токсичности и способности к биоаккумуляции . [12] [13]
Металлы, используемые в керамических глазурях, обычно находятся в форме оксидов металлов.
Производители керамики в основном используют оксид свинца (II) (PbO) в качестве флюса из-за его низкого диапазона плавления, широкого диапазона обжига, низкого поверхностного натяжения, высокого показателя преломления и устойчивости к расстекловыванию . [14] Свинец, используемый в производстве коммерческих глазурей, молекулярно связан с кремнеземом в соотношении 1:1 или включен в форму фритты для обеспечения стабилизации и снижения риска выщелачивания. [15]
В загрязненной среде диоксид азота реагирует с водой ( H
2O ) для получения азотистой кислоты ( HNO
2) и азотная кислота ( HNO
3). [13]
ЧАС
2О + 2 НЕТ
2→ HNO
2+ HNO
3
Растворимый нитрат свинца(II) ( Pb(NO
3)
2) образуется при воздействии азотной кислоты ( HNO) на оксид свинца (II) (PbO) свинцовых глазурей.
3)
PbO + 2HNO
3→ Pb(NO
3)
2+ Н
2О
Поскольку воздействие свинца тесно связано с целым рядом проблем со здоровьем, которые в совокупности называются отравлением свинцом , утилизация свинцового стекла (главным образом в виде выброшенных ЭЛТ-дисплеев) и керамики, покрытой свинцовой глазурью, подпадает под действие правил утилизации токсичных отходов .
Карбонат бария (BaCO 3 ) используется для создания уникального цвета глазури, известного как бариевый синий. Однако этическая природа использования карбоната бария для глазури на поверхностях, контактирующих с пищевыми продуктами, оказалась под вопросом. Отравление барием при приеме внутрь может привести к судорогам, параличу, пищеварительному дискомфорту и смерти. [16] Он также несколько растворим в кислоте, [17] и может загрязнять воду и почву в течение длительного времени. Эти опасения привели к попыткам заменить карбонат стронция (SrCO 3 ) в глазурях, для которых требуется карбонат бария. [18] В отличие от карбоната бария, карбонат стронция не считается NIH опасным для безопасности . [19] [17] Эксперименты по замене стронция, как правило, успешны в глазурях глянцевого типа, хотя есть некоторые эффекты и цвета, получаемые в глазурях матового типа, которые могут быть получены только с использованием бария. [18]
Чтобы снизить вероятность выщелачивания, карбонат бария используется в форме фритты и связан с кремнеземом в соотношении 1:1. Также рекомендуется не использовать бариевые глазури на поверхностях, контактирующих с пищевыми продуктами, или на предметах, находящихся на открытом воздухе. [20]
Оксид хрома(III) ( Cr
2О
3) используется в качестве красителя в керамических глазурях. Оксид хрома (III) может вступать в реакцию с оксидом кальция (CaO) и кислородом воздуха при температурах, достигаемых в печи, с образованием хромата кальция ( CaCrO
4). Реакция окисления изменяет степень окисления хрома с +3 на +6. [21] Хром(VI) очень растворим и является наиболее подвижным из всех других стабильных форм хрома. [22]
Кр
2О
3+ 2CaO + 3 ⁄ 2 O
2→ CaCrO
4[21]
Хром может попадать в водные системы через промышленные сбросы. Хром(VI) может попадать в окружающую среду напрямую или окислители, присутствующие в почве, могут реагировать с хромом(III) с образованием хрома(VI). Растения имеют пониженное количество хлорофилла, когда растут в присутствии хрома(VI). [22]
Оксид урана(IV) ( U O 2 )
Керамические глазури на основе урана имеют темно-зеленый или черный цвет при обжиге в восстановительной среде или при использовании UO2 ; чаще всего его используют при окислении для получения ярко-желтых, оранжевых и красных глазурей [23] Урановые глазури использовались в 1920-х и 1930-х годах для изготовления урановой плитки , часов и циферблатов самолетов. [24]
Диоксид урана получают путем восстановления триоксида урана водородом .
Окисление хрома в ходе производственных процессов можно снизить с помощью введения соединений, которые связываются с кальцием. [21] Керамическая промышленность неохотно использует свинцовые альтернативы, поскольку свинцовые глазури обеспечивают изделиям блестящий блеск и гладкую поверхность. Агентство по охране окружающей среды США экспериментировало с двойной глазурью, бариевой альтернативой свинцу, но им не удалось достичь того же оптического эффекта, что и свинцовые глазури. [ необходима цитата ]
начали покрывать глазурью только с середины второго тысячелетия до нашей эры, что совпало с первым производством стекла.
