Hőtágulás

Kerámiák hőtágulásáról a meszes, anortitos masszák kapcsán

Ebben a kis írásban a hőtágulással kapcsolatos néhány gondolatomat próbálom leírni a teljesség igénye nélkül.
Először is az abszolutizmus. Abszolút számokról beszélni azt hiszem, hogy igazából csak fenntartásokkal van értelme, mert minden relatív. Relatívan kell megközelíteni a dolgokat, mert annak van gyakorlati jelentősége.
Ha egy mázas kerámia háriszos akkor csak egy dolog biztos, hogy húzófeszültséges és a máz hőtágulása nagyobb, mint a hordozó cserépé az adott körülmények között.
A húzófeszültség az, amit a mázas kerámiák nem nagyon tűrnek, megrepednek. A jó mázas kerámia az, ami enyhén nyomófeszültséges, persze nem annyira, hogy lepattogzik a máz a cserépről. A kerámiák általában jobban tűrik a „feszkót”, mint az üvegek. Azt tartják, hogy a mázas kerámiák kb. tízszer akkora nyomófeszültséget viselnek el hiba nélkül, mint húzót.

Tehát, ha háriszosak a mázas kerámiák, a legegyszerűbb módja a kiküszöbölésnek, ha az alkalmazott máz hőtágulását csökkentem. Ebben az esetben tök mindegy, hogy mekkora a cserepem vagy a mázam hőtágulása. Mivel általában a biszkvit már megvan, csak a mázhoz tudok nyúlni. Vagy előre elhatározom, hogy majd később magasabb hőtágulású cserepet (alapvetően más massza) fogok majd használni, amire már sokkal könnyebb lesz mázat raknom. Nem azt mondom, hogy a gyári adatlapok adatainak semmi értelme, csak azt, hogy azokat tájékoztatónak kell kezelni, kb. adatoknak és aztán majd kiderül, hogy azok az én körülményeim között mennyire helytállóak, pontosak. Kiindulópontként azért fogadjuk el őket. A mázak kiindulási alapanyagai pontosabbak, ellenőrzöttek, a frittek gyártási folyamatai jól kontrolláltak és a magas hőmérsékletű olvasztás során a fiziko-kémiai folyamatok sokkal tökéletesebben végbemennek, mint a biszkvit égetések során. Ezért én a frittekre megadott hőtágulási adatokat mindig pontosabbaknak tartom, mint a cserepekre megadottakat. Természetesen a relativizmust ebben az is fontosnak tartom hangsúlyozni, ami azt jelenti, hogy a mázak hőtágulási szempontból is sorozatot alkotnak. Az alacsonytüzű, alapvetően frittelt mázak hőtágulásai, így az alkalmazott frittek hőtágulásaiból származtathatók.

A hőtágulási tényező adatok megadásának három módját ismerjük. Számított, mért vagy mondjuk ki nem szégyen, becsült (elegánsabban extrapolált). A számított esetekben az irodalomban található oxidos együtthatókkal történik a kalkuláció az oxidos összetételekből kiindulva. Önmagában azért itt is vannak megfontolások. Pl. a vegyük a legáltalánosabb kvarcot. Ha a cserépben mikrokristályos állapotban van, akkor az egyik legnagyobb hőtágulás emelő komponens, ha viszont amorf állapotban üveges fázisban, akkor az egyik legnagyobb hőtágulás csökkentő komponens. Tudjuk, a tiszta kvarcüvegek hőtágulása szinte zéró, ezért is alkalmazták őket a kvarclámpák buráinak ill. laboratóriumi üvegeknek is, mert kiválóan bírták a hőlökéseket. A túl sok és főleg durva, nagy szemcsés szabad kvarc, meg ugye kerülendő a cserepekben, mert nemcsak, hogy nagy a hőtágulása, de az 573°C-os alfa-béta módosulat változása is van (cc.10%), ami hűlési repedésekhez vezethet. A cserepek hőtágulását mindig a cserépégetés során kialakult fázisok (XrayD) hőtágulásai és azok egymáshoz viszonyított aránya szabja meg.

A hőtágulás mérése meg dilatométerben történik, legalábbis régen én nagyon sok próbatestnek mértem a nyúlását a hőmérséklet függvényében. Ennek a görbének vannak jellegzetes pontjai. Hőtágulási szempontból a lineáris szakaszon mérjük a nyúlást, és ebből számoljuk a hőtágulási tényezőt az adott hőmérséklet tartományra vonatkoztatva. (ezért van ugye a 20-320, 20-400°C stb. tartományok). De itt is nagyon fontosak a részletek. Összehasonlítható mérésekhez adott felfűtési sebességeknek és hőntartásnak azonosnak kell lennie. A zömében szilárd fázisban történő fázisátalakulások (ezek nem a híg vizes oldatok pillanatreakciója) a határrétegek által diffúziója által kontrolált, időben elhúzódó folyamatok. A karbonátbomlás általában 860-940°C zajlik le, majd párhuzamosan, ill. ezt követően kezdődik meg a CaO beépülése az alumínium-szilikátokba, melynek eredménye az anortit. Az összehasonlíthatósághoz ugyanolyan tömegű mintához azonos mennyiségű hőmennyiséget kell bevinni. Ugyanúgy, mint a seger gúláknál a lényeg nem pusztán a pillanatnyi hőmérséklet, hanem a bevitt összes hőmennyiség.

Nézzük az agyagokat. Az előfordulásokat tekintve két nagy csoport van. Meszes (márgás) és mészmentes (klinker). Az előbbiek használata során kiderült, hogy az anortitos fázist tartalmazó cserepek 960-1100°C közt égetve porozitásukat nem változtatják, nem zsugorodnak folyamatosan, majd végül oxidáló atmoszférában ált. 1120°C-on egyszercsak, mintegy olvadásponton beleolvadnak a kemencébe (persze az anortit mennyiségétől függően). Ezért fosnak a németek 10%-nál több meszet tenni masszába, meg érthetetlenül félnek az esetleges szabad mésztartalomtól. A mésztartalom 10-akár 30%-ig változhat. Ebben a tartományban mennél több a mész, annál több a képződő anortit, annál magasabb a majolika cserép hőtágulása. A meszes masszák nem csak méretpontos kerámiák előállítását tette lehetővé, hanem egy erősebb, porózusabb (jobban mázolható) és magasabb hőtágulású cserepeket is kaphatunk. (ha úgy tetszik, ily módon már magasabb hőtágulású 6,5-7,5 közti biszkvitek is égethetők, amire már sokkal könnyebben illeszthetünk háriszmentes mázakat.
A mészmentes agyagok égetésük során folyamatosan zsugorodnak, így régen a nagy hőfokszórású kemencékben nagy méretszórású termékek is keletkeztek. Az iparban pedig a réskemencék elterjedéséig, az alagútkemencékben az előbbiek miatt csak meszes masszákat használtak a csempegyárakban. Ma már ez nem igazán szempont. Sokat fejlődött a technológia.

Az utóduzzadásról. Nos, az tény, hogyha szabad mész (durvaszemcsés, elreagálatlan, alacsony hőfokon, rövid ideig tartózkodó biszkvitégetés stb.) marad a cserépben az olyan durva elemi hiba, hogy azzal nem is is foglalkoznék. Természetes, hogy ilyen szélsőséges esetben az égetett mész akár széndioxidot, akár vizet vagy mindkettőt vesz fel akkor a cserép atomjaira hullik, szétesik. Tehát tételezzük fel, hogy CaO beépülése tökéletesen megtörténik a cserépalkotó fázisokba, de a cserepünk porózus. Akkor jön a víz, ami nem csak télen tudja szétrepeszteni a cserepeinket, hanem ilyenkor is. A kapillárisnyomásnak igen nagy szerepe van, amit figyelembe kell venni. A fenékszögnél levő mázatlan cserépnél történik a víz felszívódása és feszítése. Ez a mosogatásoknál hosszú távon fejti ki azt a feszegetést, ami a porózus mázas kerámiát háriszossá teszi.

Na és megint a relativitás. Porózus majolikán a 10-25% vízfelvétellel rendelkező cserepeket értjük. Keramikusokról lévén szó zömében kézi erővel és nem nagy nyomáson géppel formázott cserepekről. Persze sokféle eljárás létezik a háriszpróbák ellenőrzésére. A gyakorlatban a 120°C-os rezzentést elfogadottnak tekintjük, ha a háriszosodás mértéke 10% alatti. Ez már a dekorációknál is jól működik. A dekoratőrök jól tudják, hogy ha a 3. égetést (főleg ha az gyors, 30perc alatti – festők, matricázók stb.) jól bírják az alacsonytüzű mázas cserepek és nem háriszosodnak, akkor a hőtágulással már nagy baj nem lehet. De ha ezt a mázas kerámiát éveken át mosogatják, akkor fenékszögnél bejutó víznyomás egy idő után háriszossá teheti, teszi. Persze ha nem éri sorozatosan víz, akkor nem.
Teljesen mázas, csak a fenékszögnél mázatlan és legalább 10% porozitású használati (nem díszmű) mázas kerámiákról beszéltem, amelyek a mi tapasztalatunkban leginkább előfordultak.

Dr. Szilágyi József

Július:  23.péntek
               26.hétfő    28.szerda    30.péntek

Augusztus:  02.hétfő    04.szerda    06.péntek
09.hétfő    11.szerda    13.péntek
16.hétfő    18.szerda      holiday
23.hétfő    25.szerda    27.péntek
30.hétfő   szeptember 01. és 03.

Nyitvatartó napokon: 9.00-15.00

Ingyenes csomagküldés
> 20e Ft/csomag
< 38kg/csomag