Porcelana

Antecedentes

El término porcelana se refiere a una amplia gama de productos cerámicos que han sido horneados a altas temperaturas para lograr cualidades vítreas o vítreas como translucidez y baja porosidad. Entre los artículos de porcelana más conocidos se encuentran la porcelana de mesa y decorativa, los artículos químicos, las coronas dentales y los aislantes eléctricos. Por lo general, la porcelana blanca o blanquecina viene en variedades vidriadas y no vidriadas, con bisque, cocido a alta temperatura, lo que representa la variedad sin vidriar más popular.

Aunque la porcelana se utiliza con frecuencia como sinónimo de porcelana, los dos no son idénticos. Se parecen entre sí en que ambos son productos vítreos de porosidad extremadamente baja, y ambos pueden ser vidriados o no vidriados. Sin embargo, la porcelana, también conocida como pasta blanda o porcelana tierna, es más blanda:se puede cortar con una lima, mientras que la porcelana no. Esta diferencia se debe a las temperaturas más altas a las que se cuece la verdadera porcelana, 2.650 grados Fahrenheit (1.454 grados Celsius) en comparación con los 2.200 grados Fahrenheit (1.204 grados Celsius) de China. Debido a su mayor dureza, la porcelana tiene algunas aplicaciones médicas e industriales que la porcelana, limitada al uso doméstico y artístico, no tiene. Además, mientras que la porcelana siempre es translúcida, la porcelana es opaca.

La porcelana de pasta dura o "verdadera" se originó en China durante la dinastía T'ang (618-907 d. C.); sin embargo, la porcelana de alta calidad comparable a los artículos modernos no se desarrolló hasta la dinastía Yuan (1279-1368 d.C.). La porcelana china temprana consistía en caolín (arcilla china) y pegmatita, un tipo de granito tosco. La porcelana era desconocida para los alfareros europeos antes de la importación de artículos chinos durante la Edad Media. Los europeos intentaron duplicar la porcelana china, pero, al no poder analizar su composición química, solo pudieron imitar su apariencia. Después de mezclar vidrio con óxido de estaño para hacerlo opaco, los artesanos europeos intentaron combinar arcilla y vidrio esmerilado. Estas alternativas se conocieron como porcelanas de pasta blanda, vidriosas o artificiales. Sin embargo, debido a que eran más suaves que la porcelana genuina, así como costosos de producir, continuaron los esfuerzos para desarrollar porcelana verdadera. En 1707, dos alemanes llamados Ehrenfried Walter von Tschimhaus y Johann Friedrich Bottger lograron combinar arcilla con feldespato molido en lugar del vidrio molido utilizado anteriormente.

Más adelante, en el siglo XVIII, los ingleses mejoraron aún más la receta de la porcelana cuando inventaron la porcelana china al agregar cenizas de huesos de ganado a arcilla, feldespato y cuarzo. Aunque la porcelana de hueso se cuece a temperaturas más bajas que la verdadera porcelana, la ceniza de hueso permite que se vuelva traslúcida. Debido a que también es más fácil de hacer, más difícil de astillar y más fuerte que la porcelana dura, la porcelana china se ha convertido en el tipo de porcelana más popular en los Estados Unidos y Gran Bretaña (los consumidores europeos continúan prefiriendo la porcelana dura).

Materias primas

Los componentes principales de la porcelana son arcillas, feldespato o pedernal y sílice, todos caracterizados por un tamaño de partícula pequeño. Para crear diferentes tipos de porcelana, los artesanos combinan estas materias primas en diferentes proporciones hasta obtener las propiedades deseadas de verde (sin cocer) y cocido.

Aunque la composición de la arcilla varía dependiendo de dónde se extraiga y cómo Para hacer porcelana, las materias primas, como arcilla, feldespato y sílice, se trituran primero con trituradoras de mandíbulas. , molinos de martillos y molinos de bolas. Después de limpiar para eliminar los materiales de tamaño inadecuado, la mezcla se somete a uno de los cuatro procesos de formación:formación de plástico blando, formación de plástico rígido, prensado o fundición, según el tipo de material que se produzca. A continuación, la vajilla se somete a un paso de cocción preliminar, una cocción de bisque. se trata, todas las arcillas se vitrifican (desarrollan cualidades vítreas), solo a temperaturas extremadamente altas, a menos que se mezclen con materiales cuyo umbral de vitrificación sea más bajo. Sin embargo, a diferencia del vidrio, la arcilla es refractaria, lo que significa que mantiene su forma cuando se calienta. En efecto, la porcelana combina la baja porosidad del vidrio con la capacidad de la arcilla para conservar su forma cuando se calienta, lo que lo hace fácil de moldear e ideal para uso doméstico. Las principales arcillas utilizadas para hacer porcelana son la arcilla china y la arcilla de bolas, que consisten principalmente en caolinato, un silicato de aluminio hidratado.

El feldespato, un mineral que comprende principalmente silicato de aluminio, y el pedernal, un tipo de cuarzo duro, funcionan como fundentes en el cuerpo o mezcla de porcelana. Los fundentes reducen la temperatura a la que se forma el vidrio líquido durante la cocción entre 1.835 y 2.375 grados Fahrenheit (1.000 y 1.300 grados Celsius). Esta fase líquida une los granos del cuerpo.

La sílice es un compuesto de oxígeno y silicio, los dos elementos más abundantes en la corteza terrestre. Su parecido con el vidrio es visible en cuarzo (su forma cristalina), ópalo (su forma amorfa) y arena (su forma impura). La sílice es el relleno más común utilizado para facilitar la formación y la cocción de la masa, así como para mejorar las propiedades del producto terminado. La porcelana también puede contener alúmina, un compuesto de aluminio y oxígeno, o cuerpos con bajo contenido de álcali, como la esteatita, mejor conocida como esteatita.

El
proceso de fabricación

Después de seleccionar las materias primas y pesar las cantidades deseadas, pasan por una serie de pasos de preparación. Primero, se trituran y se purifican. A continuación, se mezclan antes de someterlos a uno de los cuatro procesos de formación:formación de plástico blando, formación de plástico rígido, prensado o fundición; la elección depende del tipo de cerámica que se produzca. Una vez formada la porcelana, se somete a un proceso de purificación final, horneado al bisque, antes de ser esmaltada. Glaze es una capa de vidrio decorativo que se aplica y se cuece sobre un cuerpo cerámico. La fase final de fabricación es la cocción, un paso de calentamiento que tiene lugar en un tipo de horno llamado horno .

Triturar las materias primas

• 1 Primero, las partículas de materia prima se reducen al tamaño deseado, lo que implica el uso de una variedad de equipos durante varios pasos de trituración y trituración. La trituración primaria se realiza en trituradoras de mandíbulas que utilizan mandíbulas de metal oscilantes. La trituración secundaria reduce las partículas a 0,1 pulgadas (0,25 centímetros) o menos de diámetro mediante el uso de molinos (ruedas con neumáticos de acero) o molinos de martillos, martillos de acero que se mueven rápidamente. Para la molienda fina, los artesanos utilizan molinos de bolas que consisten en grandes cilindros rotativos parcialmente llenos con medios de molienda de acero o cerámica de forma esférica.

Limpieza y mezcla

• 2 Los ingredientes se pasan a través de una serie de pantallas para eliminar cualquier material de tamaño insuficiente o excesivo. Las cribas, generalmente operadas en una posición inclinada, se hacen vibrar mecánica o electromecánicamente para mejorar el flujo. Si el cuerpo se va a formar húmedo, los ingredientes se combinan con agua para producir la consistencia deseada. La filtración magnética se utiliza para eliminar el hierro de las lechadas, como se denominan estas mezclas acuosas de material insoluble. Debido a que el hierro se encuentra de manera tan generalizada en la mayoría de las arcillas e impartirá Después de la cocción de bisque, la porcelana se somete a una operación de glaseado, que aplica el recubrimiento adecuado. El esmalte se puede aplicar pintando, sumergiendo, vertiendo o rociando. Finalmente, la loza se somete a una etapa de cocción en un horno o estufa. Después de enfriar, la porcelana está completa. Un tono rojizo indeseable para el cuerpo si se oxida, es fundamental eliminarlo antes de la cocción. Si el cuerpo se va a formar en seco, normalmente se utilizan mezcladores de cáscara, mezcladores de cinta o mezcladores intensivos.

Formando el cuerpo

• 3 A continuación, se forma el cuerpo de la porcelana. Esto se puede hacer usando uno de cuatro métodos, dependiendo del tipo de cerámica que se produzca:
  • formación de plástico blando, donde la arcilla se moldea mediante moldeo manual, lanzamiento de ruedas, jiggering o prensado de arietes. Al lanzar una rueda, un alfarero coloca la cantidad deseada de cuerpo en una rueda y le da forma mientras la rueda gira. En el jiggering, la arcilla se coloca sobre un molde de yeso horizontal de la forma deseada; ese molde da forma a un lado de la arcilla, mientras que un troquel caliente se baja desde arriba para dar forma al otro lado. En el prensado con ariete, la arcilla se coloca entre dos moldes de yeso, que le dan forma al tiempo que expulsa el agua. Luego, el molde se separa aplicando vacío a la mitad superior del molde y presión a la mitad inferior del molde. Luego se aplica presión a la mitad superior para liberar el cuerpo formado.
  • formación de plástico rígido, que se utiliza para dar forma a cuerpos menos plásticos. El cuerpo se fuerza a través de una matriz de acero para producir una columna de circunferencia uniforme. Esto se corta a la longitud deseada o se usa como pieza en bruto para otras operaciones de conformado.
  • presionando, que se utiliza para compactar y dar forma a cuerpos secos en una matriz rígida o molde flexible. Hay varios tipos de prensado, según la dirección de la presión. El prensado uniaxial describe el proceso de aplicar presión desde una sola dirección, mientras que el prensado isostático implica aplicar presión por igual desde todos los lados.
  • fundición deslizante, en el que se vierte una suspensión en un molde poroso. El líquido se filtra a través del molde, dejando una capa de cuerpo de porcelana sólida. El agua continúa escurriendo de la capa de fundición, hasta que la capa se vuelve rígida y se puede quitar del molde. Si el exceso de fluido no se drena del molde y se deja solidificar todo el material, el proceso se conoce como fundición sólida.

Cocción de bisque

• 4 Después de formarse, las piezas de porcelana generalmente se hornean con bisque, lo que implica calentarlas a una temperatura relativamente baja para vaporizar los contaminantes volátiles y minimizar la contracción durante la cocción.

Acristalamiento

• 5 Una vez molidas las materias primas para el esmalte, se mezclan con agua. Al igual que la lechada corporal, la lechada de esmalte se tamiza y se pasa a través de filtros magnéticos para eliminar los contaminantes. Luego se aplica a la vajilla mediante pintura, vertido, inmersión o pulverización. Se pueden producir diferentes tipos de esmaltes variando las proporciones de los ingredientes constituyentes, como alúmina, sílice y calcia. Por ejemplo, aumentar la alúmina y disminuir la sílice produce un esmalte mate.

Disparo

• 6 La cocción es un paso de calentamiento adicional que se puede realizar en uno de dos tipos de horno u horno. Un horno periódico consta de una sola cámara sellada, revestida de refractario, con puertos de quemador y conductos de humos (o elementos calefactores eléctricos). Puede disparar solo un lote de vajilla a la vez, pero es más flexible ya que el ciclo de cocción se puede ajustar para cada producto. Un horno de túnel es una cámara refractaria de varios cientos de pies o más de largo. Mantiene ciertas zonas de temperatura continuamente, con la vajilla empujada de una zona a otra. Normalmente, la vajilla entrará en una zona de precalentamiento y se moverá a través de una zona de cocción central antes de salir del horno a través de una zona de enfriamiento. Este tipo de horno suele ser más económico y energéticamente eficiente que un horno periódico.
• 7 Durante el proceso de cocción, tienen lugar una variedad de reacciones. Primero, las impurezas a base de carbono se queman, el agua química se desprende (de 215 a 395 grados Fahrenheit o 100 a 200 grados Celsius) y los carbonatos y sulfatos comienzan a descomponerse (de 755 a 1295 grados Fahrenheit o 400 a 700 grados Celsius). Se producen gases que deben escapar de la vajilla. Con el calentamiento adicional, algunos de los minerales se descomponen en otras fases y los flujos presentes (feldespato y pedernal) reaccionan con los minerales en descomposición para formar vidrios líquidos (de 1.295 a 2.015 grados Fahrenheit o de 700 a 1.100 grados Celsius). Estas fases de vidrio son necesarias para encoger y unir los granos. Una vez que se alcanza la densidad deseada (superior a 2195 grados Fahrenheit o 1200 grados Celsius), la vajilla se enfría, lo que hace que el vidrio líquido se solidifique, formando así una unión fuerte entre los granos cristalinos restantes. Después de enfriar, la porcelana está completa.

Control de calidad

El carácter de las materias primas es importante para mantener la calidad durante el proceso de fabricación. La composición química, la fase mineral, la distribución del tamaño de las partículas y el área de la superficie coloidal afectan las propiedades cocidas y no cocidas de la porcelana. Con cuerpo sin cocer, las propiedades evaluadas incluyen viscosidad, plasticidad, contracción y resistencia. Con porcelana cocida, se miden la resistencia, la porosidad, el color y la expansión térmica. Muchas de estas propiedades se supervisan y controlan durante la fabricación mediante métodos estadísticos. Tanto las materias primas como los parámetros del proceso (tiempo de molienda y presión de formación, por ejemplo) se pueden ajustar para lograr la calidad deseada.

El futuro

El arte y la vajilla de porcelana de alta calidad continuarán mejorando la cultura. Las mejoras en la fabricación continuarán aumentando tanto la productividad como la eficiencia energética. Por ejemplo, un fabricante de hornos alemán ha desarrollado un horno túnel prefabricado para cocción rápida de porcelana de alta calidad en menos de 5 horas. La cocción se logra reduciendo parcialmente la atmósfera a una temperatura máxima de cocción de 2.555 grados Fahrenheit (1.400 grados Celsius). El horno usa quemadores de alta velocidad y un sistema de control automático, produciendo 23,000 libras (11,500 kilogramos) de porcelana en 24 horas.

Es posible que los fabricantes de productos de porcelana también tengan que aumentar sus esfuerzos de reciclaje, debido al aumento de las regulaciones ambientales. Aunque la chatarra sin cocer se recicla fácilmente, la chatarra cocida plantea un problema:mecánicamente fuerte y, por lo tanto, difícil de descomponer, por lo general se vierte en vertederos. Sin embargo, una investigación preliminar ha demostrado que la chatarra cocida se puede reutilizar después del temple térmico (donde la chatarra se recalienta y luego se enfría rápidamente), lo que la debilita y facilita su descomposición. La chatarra se puede utilizar como materia prima.

La porcelana parece estar jugando un papel más importante en las aplicaciones técnicas. Se han concedido patentes recientes a empresas japonesas y estadounidenses en el área de aislantes eléctricos y prótesis dentales. NGK Insulators, Ltd., un fabricante japonés, ha desarrollado porcelana de alta resistencia para aisladores eléctricos, mientras que Murata Manufacturing Co. ha desarrollado componentes de porcelana sinterizada a baja temperatura para aplicaciones electrónicas.