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Glaçures feldspathiques pour porcelaine

par Smart2000
 
 
Les glaçures pour porcelaine de table sont principalement constituées de feldspath mélangé à de la craie (Carbonate de
calcium). Les compositions varient selon les matières premières et la cuisson nécessaire pour la pâte de porcelaine puisque la glaçure et la pâte dégourdie (qui a subi une 1ère cuisson entre 930°C et 980°C) sont cuites simultanément à la plus haute température (comme pour une monocuisson). Le domaine de température concerné varie entre 1230°C et 1450°C (et parfois plus).
 
Généralement on distingue deux types de porcelaine :
 
- La porcelaine tendre dans le domaine 1230°C - 1300°C
- La porcelaine dure dans le domaine 1300°C - 1450°CC
 
Voici un tableau de formulation type pour les glaçures pouvant être réalisées :
 
type de porcelaine
Oxydes RO + R2O
Al2O3
SiO2
acidité (voir déf.)
Tendre
1
0.3 à 0.6
3 à 4
1.4 à 1.6
Dure
1
0.5 à 1.4
5 à 12
1.8 à 2.5
 
La glaçure la plus tendre (cône 4a, approximativement 1160°C) à été déterminée par SEGER en 1868, avec un rapport d'oxydes basiques basé sur 0,3 K2O et 0,7 CaO dans la formule suivante :
 
0,7 Cao - 0,3 K2O
0,5 Al2O3
4 SiO2
 
Les oxydes basiques utilisés actuellement restent majoritairement l'oxyde de potassium (K2O) et l'oxyde de calcium (CaO) auxquels se rattachent aussi les oxydes de sodium, lithium, magnésium, baryum et strontium dont les propriétés conjuguées produisent des améliorations de propriétés telles que la brillance, la blancheur, la dilatation, le début de fusion...
 
Ratios courants (formule de Seger) :
 
Oxyde
K2O
Na2O
Li2O
MgO
BaO
CaO
SrO
(élément oxydé)
Potassium
Sodium
Lithium
Magnésium
Baryum
Calcium
Strontium
ratios
0.1 à 0.3
0.0 à 0.2
0.0 à 0.3
0.0 à 0.7
0.4 à 0.7
0.0 à 0.5
0.0 à 0.2
 
Les rapports alumine/silice les plus courants sont compris entre 1/8 et 1/10. Entre 1/10 et 1/11.5 la résistance chimique, mécanique, la blancheur et la brillance sont améliorés. Au delà de 1/15 l'insuffisance en alumine conduit à la dévitrification de la glaçure.
Pour un flux fondant donné (les oxydes basiques de la glaçure : RO & R2O), la brillance sera meilleure si le rapport silice/alumine est plus haut (dans la limite de 15/1 bien-sûr).
Pour un rapport constant silice/alumine :
- l'addition de magnésium ou de baryum en remplacement du calcium donnera une glaçure plus brillante.
- l'augmentation des alcalins (K2O, Na2O, Li2O) au détriment du calcium dans le rapport des oxydes basiques conduit à une détérioration de la brillance d'une glaçure.
 
La blancheur diminuera si on augmente la silice alors que la dureté augmentera peu et que la température de fusion s'élèvera. Dans le même temps la résistance chimique s'améliorera et le coefficient d'expansion thermique diminuera.
 
Influence des oxydes basiques sur le coefficient de dilatation thermique d'une glaçure :
(Les oxydes sont classés en ordre croissant de leur influence sur l'élévation du coefficient de dilatation utilisés à part égale, avec un rapport d'effet de 1 à 9 entre le plus faible et le plus influent)
 
ZnO
MgO
CaO
SrO
BaO
Li2O
Na2O
K2O
1.0
1.2
2.6
3.2
4.0
5.4
7.9
9.0
 
L'augmentation de l'alumine contenue dans une glaçure améliore sa résistance mécanique, sa dureté, sa blancheur et sa résistance thermique tandis que sa brillance diminue et sa température de fusion augmente. Cela a peu d'influence sur le coefficient d'expansion thermique.
  
L'alumine et la silice comparés aux composants basiques (RO, R2O) sont les deux oxydes qui ont le plus d'influence sur la température de cuisson de la glaçure. Au delà de 21% (en masse dans la glaçure), l'alumine joue le rôle d'agent matant.
 
La silice fond incomplètement dans les glaçures pour porcelaine. Seule réagit la partie qui est dissoute par les alcalins (K2O, Na2O, Li2O), les alcalino-terreux (CaO, MgO) et autres oxydes basiques (BaO, SrO..). Il en résulte que plus le taux de silice sera haut, plus la température de cuisson de la glaçure devra être élevée.
 
L'oxyde de strontium a un effet fondant, il fait briller les glaçures et les rend lisse. Il améliore aussi la résistance mécanique de la glaçure.
La résistance mécanique est fortement influencée par l'élasticité de la glaçure.
Caractérisée par le module de Young, l'élasticité peut être calculée théoriquement à partir d'une formulation de glaçure dont tous les oxydes sont identifiés.
 
Influence des oxydes basiques sur le module de Young :
(classés en ordre décroissant selon leur effet sur l'amélioration de l'élasticité utilisés à part égale, avec un rapport d'effet de 1 à 2.7 entre le plus faible et le plus influent) :
 
CaO
SrO
MgO
Li2O
BaO
Na2O
K2O
2.72
2.35
2.24
1.95
1.46
1.46
1.00
 
Le potassium abaisse la température de fusion de la glaçure mais il élève le coefficient d'expansion thermique en augmentant le risque de trésaillage et en faisant chuter la résistance mécanique.
 
Exemple de glaçure pour porcelaine tendre pour la montre 9 (Seger, approximativement 1280°C) :
 

Recette de composition :

 

Matière première
Quantité

Feldspath Potassique
39.00

Dolomie (1)
14.40

Kaolin
6.65

Kaolin calciné (2)
12.00

Quartz (3)
17.80

Talc (4)
7.60

Cendre d'os (5)
2.55
 
(1) : carbonate double de magnésium et de calcium
(2) : le kaolin calciné est inerte dans la glaçure crue, il modifie peu sa viscosité.
(3) : silice
(4) : silicate de magnésium
(5) : phosphate tricalcique à plus de 92%, joue le rôle d'opacifiant. Formule d'approximation : 3 CaO, P2O5,
la cendre d'os est plus complexe en réalité.
 

Formule chimique de la glaçure (selon Seger) :

 
Oxydes basiques (RO, R2O)
Oxydes Amphotères
Oxydes Acides
CaO
0.354
Al2O3
0.421
SiO2
3.425
MgO
0.480
Fe2O3 (1)
0.015
TiO2 (2)
0.001
K2O
0.156

-

-
P2O5 (3)
0.028
Na2O
0.010

-

-

-

-
 
(1) : Oxyde de Fer
(2) : Oxyde de Titane
(3) : Oxyde phosporique
 
Avec un rapport Alumine/silice de 1.00 / 8.13 et une acidité de 1.54 (voir Acidité selon P. Munier), et un coefficient d'expansion thermique voisin de 53 x10-7 °C-1, cette glaçure sera donc en mesure de produire du trésaillage (voir principe du calcul de la dilatation).
L'action opacifiante de la cendre d'os et la présence de fer pourront donner un aspect légèrement laiteux de Céladon très
clair.
Les ratios donnés plus haut dans ce chapitre se vérifient assez bien ici.
 
Quelques exemples de glaçures feldspathiques pour porcelaines tendres :
 
 
Température
approximative
1230°C
1250°C
1280°C
1300°C
Quartz
26.80
13.30
37.80
18.00
Feldspath Potassique
32.20
53.50
23.30
37.00
Dolomie
16.00
26.60
14.65
12.00
Kaolin calciné
4.00
0.00
19.40
0.00
Kaolin
5.00
6.60
4.50
8.00
Tesson émaillé (1)
16.00
0.00
0.00
25.00
 
(1) : Tesson de porcelaine émaillé et broyé recyclé dans la glaçure
 
Quelques exemples de glaçures feldspathiques pour porcelaines dures :
 
 
Température
approximative
1350°C
1380°C
1400°C
1430°C
1450°C
Quartz
46.30
35.30
37.90
32.00
50.00
Feldspath Potassique
16.50
23.50
42.50
37.00
14.00
Dolomie
10.80
6.00
4.60
0.00
0.00
Kaolin calciné
24.50
6.70
12.80
13.00
0.00
Kaolin
1.90
5.00
2.20
7.00
4.00
Tesson émaillé
0.00
23.50
0.00
0.00
0.00
Craie
0.00
0.00
0.00
11.00
6.00
Hydroxyde d'aluminium (1)
0.00
0.00
0.00
11.00
6.00
(1) : Hydroxyde d'aluminium Al (OH)3 ou "Alumine Hydratée"
 
Le feldspath peut être remplacé par la néphéline syénite pour introduire des oxydes alcalins dans les glaçures. Comparée
au feldspath potassique, la néphéline syénite contient plus d'alumine et moins de silice et son point de fusion est plus bas.
Ainsi en introduisant plus d'alumine la néphéline syénite permet d'obtenir plus facilement des glaçures mates.
 
Exemple de composition sans feldspath avec néphéline syénite :
 
 
Température approximative
1280°C
1280°C
Quartz
48.00
54.00
Néphéline Syénite
8.00
13.00
Kaolin calciné
22.00
21.00
Kaolin
6.00
5.00
Craie
16.00
7.00
 
 
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