Гост р 53897-2010 глазурь. общие технические условия

3.1 Использование формулы Зегера

Давайте теперь посмотрим на формулу Зегера поподробнее. Что мы можем в ней увидеть?

Напоминаю, что в формуле Зегера все числа выражают, какое в этой глазури у разных оксидов соотношение количества молекул между собой. Чтобы эти соотношения были лучше видны, мы и проводили все махинации в расчёте 2.2 и получили нашу формулу Зегера.

Мы можем увидеть в ней следующее:

Во-первых, сумма всех основных оксидов, то есть флюсов, равна единице. И мы соответственно можем смотреть на них как на процентный состав в этой колонке. Это важная информация, так как различные основные оксиды и их соотношение друг к другу являются показателем основных свойств глазури.

В нашем случае мы можем сказать, что из всех основных оксидов 41% приходится на Na₂O, 52% на CaO, а 6% на ZnO. Учтём ещё раз, что это не на всю глазурь, а только распределение основных оксидов между собой.

Во-вторых, мы видим, как соотносятся другие оксиды к сумме флюсов – в нашем примере у нас на 1 моль основных оксидов приходится 0.405 молей Al₂O₃, 0.82 молей  B₂O₃ , 4.208 молей SiO₂.(То есть на одну молекулу основных оксидов у нас приходится 0.405 молекулы Al₂O₃, 0.82 молекулы B₂O₃ и 4.208 молекулы SiO₂.) Получается, что у нас примерно в четыре раза больше кварца, чем всех флюсов вместе. А глинозёма в два с половиной раза меньше чем всех флюсов.

К первому пункту:

Обратив наш взгляд чисто на основные оксиды, мы можем сказать следующее: В глазури достаточно много Na₂O и CaO, а ZnO совсем немного. Большое количество Na₂O даёт нам глянцевую поверхность, яркие, сочные цвета с характерными оттенками при крашении, но также тенденцию к цеку и неустойчивость к химическим воздействиям, таким как уксус, кислые соки и мыло. Большое количество CaO в глазури проявляется в белом её цвете, или как минимум в молочной прозрачности. На это указывает и присутствие ZnO, который даже в маленьких дозах существенно усиливает глушительную силу других оксидов, таких как CaO. Так же CaO делает глазурь крепкой и устойчивой, резистивной к химическим воздействиям. Равное присутствие CaO и Na₂O говорит о том, что химическая устойчивость нашей глазури более менее сбалансирована – ни очень большая, ни маленькая.

Ко второму пункту:

Из количества остальных оксидов и их соотношения к основным и друг к другу можно узнать следующее:

• Глинозём Al₂O₃ устанавливает температуру плавления. Чем больше в глазури Al₂O₃ , тем выше температура плавления.
• Количество SiO₂ влияет на крепость глазури, на хим.устойчивость к кислотам, а также повышает температуру плавления. Чем больше температура, тем больше можно добавить SiO₂ для хорошо сплавленной глазури.
• Бура в глазурях явно проявляет флюсовые качества. Если много буры, то глазурь может потечь. В маленьких количествах бура улучшает хим.устойчивость, а в больших количествах снова ухудшает её.
• Если рассматривать глазури без буры, то-есть высокотемпературные глазури (не наш случай), то имеет место быть ещё соотношение кварца и глинозёма SiO₂ : Al₂O₃. Оно говорит нам о глянцевости глазури. Максимальные значения 10-11 (много кварца, мало глинозёма) говорят о максимальной глянцевости, тогда как маленькие значения (кварца не намного больше, чем глинозёма) говорят о том, что глазурь по всей вероятности будет матовой.

Обращая внимание на первый и второй пункт, наверно у многих возник вопрос – а сколько это – «много CaO» или «много Al2O3 »? Вопрос вполне оправданный. Чтобы иметь определённый ориентир в этом случае, у нас есть ещё один ценный инструмент анализа – предельные  формулы

1.2 Моль и молярная масса

Один моль – это такой вес любого вещества, в котором имеется чётко определённое количество частичек, будь то атомы, молекулы или любые другие специфицированные частицы. Количество частиц в одном моле вещества равно числу Авогадро N_A=6,022х1023 1/моль. (1/моль значит «на один моль») Так как вес разных атомов (или других частиц) различается, а количество частиц в моле всегда одинаково, то и вес одного моля для каждого вещества свой. Сколько весит один моль вещества, говорит его молярная масса. Например 1 моль SiO₂ весит 60г, а один моль буры десятиводной весит 382г. В первом случае (SiO₂) в качестве частиц мы рассматривали молекулы SiO₂ , а во втором случае мы рассматриваем частицу химического соединения буры (с керамической формулой Na₂O • 2B₂O₃.)

Для чего нам нужно количество вещества с определённым количеством молекул?

Давайте посмотрим. Предположим теоретически, мы хотим провести реакцию между двумя веществами А и Б, чтобы получить новое вещество В. При этом мы знаем, что реакция проходит так, что на одну молекулу А используется две молекулы Б. То есть нам нужно взять в два раза больше вещества Б чем вещества А, но не в весе, а в количестве молекул. Чтобы не считать молекулы каждый раз, мы просто берём 1 моль вещества А и два моля вещества Б, потому что знаем, что там высчитанное количество молекул и получаем чистое новое вещество В без остатков исходных веществ. Сколько же это, один моль вещества А? Молярную массу вещества мы смотрим в таблице. Оказывается, что молярная масса вещества А – 100г/моль, а молярная масса вещества Б – 60г/моль.

Для проведения реакции мы, получается, берём 100г вещества А и 120г вещества Б, и получаем чистое вещество В. Конечно мы можем взять и пол моля А и один моль Б, или любое другое количество, которое нам нужно. Тогда просто молярные массы все умножаем на тот фактор, на сколько больше или меньше нам нужно.

Вот для такого простого решения проблемы и нужны моли и молярная масса.

Во второй главе я уже приводила таблицу с керамическими формулами и молярными массами разных веществ. Приведу её здесь ещё раз.

Таблица 1.1 Керамические формулы и молярные массы для керамических компонентов

Теперь мы приступим к самой глазурной математике. Сначала я хотела рассказать вам про формулу Зегера.

1.1 Керамическая формула

У каждого вещества есть химическая формула. Но так как в процессе обжига не все части вещества влияют на керамические процессы, (органика сгорает, вода испаряется, итд.) в керамике принято использовать керамические формулы (КФ), которые наглядно показывают, что в этом веществе в какой пропорции влияет на керамические процессы. Например химическая формула глинозёма – Al₂(OH)₄Si₂O₅ , а керамическая формула глинозёма – Al₂O₃ • 2SiO₂. Намного проще, правда?

В принципе, если известна керамическая формула, то для керамики точная химическая формула уже не нужна. Поэтому мы будем с вами пользоваться только керамическими формулами для описания разных компонентов.

1.3 Формула Зегера

Формула Зегера(ФЗ) даёт нам возможность, в течении нескольких минут или часов понять процессы, которые в истории керамики постигались в течении тысячи лет. Её разработал Герман Зегер, немецкий керамист и технолог, живший и работающий в Берлине в середине 19го века. На сегодняшний день Герман Зегер многими считается отцом современной керамики.

Главная польза формулы Зегера в том, что с её помощью можно легко сопоставить между собой три группы оксидов металлов, из которых состоит любая глазурь, керамические массы или другие керамические материалы:

1. флюсы/модификаторы.
2. стабилизаторы
3. стеклообразователи

Этим трём группам более менее соответствуют и три вида оксидов, которые определены в химии:

1. основные оксиды:

• оксиды щелочных металлов
• оксиды земельно-щёлочных металлов

1. амфотерные оксиды
2. кислотные оксиды.

Стеклообразователи (кислотные оксиды) ответственны за образование самой стекольной структуры, стабилизаторы (амфотерные оксиды) укрепляют эту структуру, а флюсы/модификаторы (основные оксиды) ослабляют структуру и изменяют её свойства. В зависимости от соотношения друг к другу этих групп, глазурь будет глянцевой/матовой, глухой/прозрачной или вовсе шершавой – не  спёкшейся.

Формула Зегера выглядит вот так:

Это формула Зегера для глазури 629, боросиликатной, молочной, глянцевой глазури на температуру 1020-1050° C. (Многие номера моих глазурей изначально из книг, но чтобы не путаться, я их оставляю и здесь.)

Формула Зегера (ФЗ) состоит из трёх колонок, в которых показаны имеющиеся в глазури оксиды, разделённые на группы: в левой колонке пишутся основные оксиды: оксиды щелочных и земельно-щёлочных металлов (щелочные оксиды и земельно-щёлочные оксиды), в средней колонке амфотерные оксиды, в правой колонке кислотные оксиды. Основные оксиды частенько называют щелочными оксидами, хотя это вносит некоторую путаницу – имеются в виду все основные оксиды, или только оксиды щелочных металлов? Но чаще всего из контекста понятно, что имеется в виду.

Количество оксидов в формуле Зегера указано в молях, но само слово «моль» там не пишется, для краткости.

Для лучшего обзора сумму колонки основных оксидов всегда приравнивают к единице. Красящие оксиды и другие добавки сверх рецепта приводят сразу под таблицей. Они тоже играют важную роль и иногда как-раз из-за них глазурь приобретает свой определённый характер.

В общем виде формула Зегера имеет следующую структуру (буква R заменяет символы различных металлов).

R₂O + RO         R₂O₃           RO₂

Основные оксиды имеют форму R₂O для щелочных металлов и RO для земельно-щёлочных металлов. Амфотерные оксиды имеют форму R₂O₃, а кислотные оксиды форму RO₂. Это связано с их химическими характеристиками, и их местом в таблице Менделеева.

Все используемые в глазурях оксиды распределяются по колонкам следующим образом:

2. Расчёты

Чтобы пользоваться формулой Зегера, её нужно сначала получить. Или если уже имеется формула Зегера хорошей глазури, нужно знать, как из неё получить глазурный рецепт, который можно воплотить на практике. Те расчёты, которые для этого нужны, мы с вами сегодня и освоим. Начнём с пересчёта формулы Зегера в глазурный рецепт. Если вы вдруг читаете это статью без картинок, то картинки можно найти на сайте murtille.livejournal.com

3.4 Комментарии к расчётам

Во первых, бывает, что если формула Зегера указывается для отдельного компонента, то если в нём очень большое содержание глинозёма, то к единице иногда приравнивают не первую колонку, а среднюю.

Во вторых бывает так, что несмотря на то, что B₂O₃ принадлежит к средней колонке, его всё равно учитывают при приравнивании флюсов к единице, так как он кроме стеклообразователя проявляет и флюсовые свойства. Это не очень грамотно, но иногда встречается. Это легко увидеть, посчитав сумму флюсов. Или если у B₂O₃ значение 1.0 или выше, то сразу понятно, что он не учтён при приравнивании.

О целесообразности расчётов. Если вы работаете с самонакопанными материалами, для которых хим.состав вам не известен, то можно конечно взять для расчёта средние величины похожих компонентов. Или сделать хим.анализ ваших материалов. С другой стороны, глазури на основе глины (преимущественно из глины состоящие) в литературе чаще всего вообще не рассчитываются, а выводятся чисто на основе эксперимента. Так что следует всегда задумываться о целесообразности и пользе расчётов, прежде чем их проводить. А вообще, использование «подножных» материалов для создания ваших личных глазурей, таких как глина, кварц, полевой шпат или мел, только положительно скажутся на самобытности ваших глазурей. Многие керамисты, имеющие шаровые мельницы так и поступают.

Для того чтобы распечатать эту главу, в приложении версия в PDF, большие таблицы и предельные формулы в отдельных файлах.

Glazes for the self reliant potter GTZ 1993Книга по изготовлению глазурей на английском.

Очень надеюсь, что объяснения расчётов получились доступными, и что каждый, кому это нужно, сможет вынести из этой статьи максимальную для себя пользу.

До встречи в новой главе!

murtille