Solutos

Los solutos de las suspensiones cerámicas (pastas, engobes y vidriados) son materias primas pulverizadas. Cuando adquirimos las materias primas, éstas suelen venir ya en polvo, aunque en muchas ocasiones el tamaño de grano puede no ser adecuado para nuestras necesidades.

Cuando las materias primas son de la naturaleza y las hemos recogido en nuestro entorno, siempre es necesario realizar un triturado antes de utilizarlas. Podemos machacar la materia prima seca a mano, con martillo y mortero, o utilizar molinos de martillos, o cualquier otra herramienta.

Hay ciertas rocas difíciles de triturar. Por ejemplo, para triturar granito, lo mejor es calentarlo hasta 700º y triturar después.

Una vez realizado el molido inicial, hay que realizar un molido para obtener las partículas más finas. En este segundo molido, es mejor mezclar las materias primas molidas en grueso con algo de agua. La mejor herramienta para esta fase de trabajo es el molino de bolas.

Para pastas, el tamaño de grano de los componentes puede ser más grande, pero para la preparación de vidriados los componentes deben tener un tamaño de grano menor que 100 μm, por lo que tamizando con malla 200 sería suficiente en la mayoría de los casos.

En vidriados de alta temperatura podemos tener mayor grosor de grano y en vidriados de baja temperatura cuanto menor grosor de grano mejor.

Aunque las mezclas de los distintos componentes se pueden hacer por peso o por volumen, es mucho más fácil hacerlas por peso

Tamaño de partículas del soluto

Los solutos son las partículas sólidas que incorporamos en una suspensión. Serán distintos componentes que mezclaremos, pero antes de realizar la mezcla tenemos que estar seguros de que su tamaño de partícula es el correcto. 

Todas las materias primas, para poder formar parte de los procesos cerámicos deben ser convenientemente molidas y pulverizadas. El tamaño de las partículas influirá de forma definitiva en los procesos ya que determinará la homogeneidad de las mezclas si las partículas tienen el mismo tamaño, permitirá que realicemos coloides o suspensiones dependiendo del tamaño, etc… Cuantas más pequeñas sean las partículas la superficie total del conjunto de partículas será mayor y por tanto determinados procesos (como la sinterización) que dependen de la superficie se llevarán a cabo más fácilmente. 

Es importante, cuando trabajamos con materiales en polvo, conocer el tamaño de los granos que manejamos. Tanto la arcilla en polvo, como la chamota, como los óxidos en polvo, los minerales triturados  o cualquier otro material deberán tener el tamaño de grano adecuado para realizar la función que buscamos.

La granulometría mide las partículas generalmente en tamaño de malla o bien en micrones.

Número Malla
(U.S. STD. Sieve)
Abertura (μm)Número Malla
(U.S. STD. Sieve)
Abertura (μm)
54350,5
63,35400,42
82,38450,354
102500,297
121,68600,25
141,41700,21
161,19800,177
1811000,149
200,8412000,074
250,7073250,044
300,5954000,037

Cuando tenemos un material pulverizado filtraremos dicho polvo a través de un tamiz. Dependiendo del tamaño de los agujeros del tamiz obtendremos partículas más o menos finas. Si nuestro tamiz tiene 4 aperturas por cada pulgada lineal en su malla, diremos que obtenemos polvo con partículas de malla 4. Si la malla tiene 100 aberturas por pulgada lineal obtendremos polvo de malla 100. Cuanto más grande sea el número de agujeros de la malla por unidad de superficie, más disminuirá el tamaño de las partículas tamizadas. En realidad esta forma de medir no es muy exacta, ya que dependiendo del grueso del hilo o cable utilizado en la malla del tamiz podremos obtener granos de mayor o menor tamaño para un mismo número de aperturas en la malla, pero da una idea de la granulometría de nuestro polvo. Otra forma de medir el tamaño de las partículas de una sustancia en polvo es la micra (o micrón). La tabla anterior muestra la equivalencia (aproximada) entre los tamaños de malla y las micras (milésimas de milímetro):

Si partimos de arcilla seca, tendremos ante nosotros pequeñas partículas de un tamaño no superior a 2 micras, es decir, según la tabla anterior tendremos partículas de malla 80 o superior. 

Cuando mezclamos las partículas en polvo de los distintos componentes de engobes y vidriados es conveniente tamizar, pasando la mezcla por una malla para separar partículas grandes y homogeneizar el tamaño de partículas mezcladas. Podemos tamizar cada componente por separado o tamizar la mezcla de componentes. 

Una opción al tamizado de los polvos sólidos es realizar un filtrado de la suspensión que preparemos añadiendo agua a nuestra mezcla seca. El filtrado también se realiza con el tamiz, pero el término “filtrado” suele utilizarse para suspensiones.

Tamizado (de sólidos) o filtrado (de suspensiones) son las dos opciones que tenemos, pero siempre es conveniente aplicar uno de estos dos métodos.

Dentro de los materiales cerámicos, hay muchas materias primas con tamaños realmente muy pequeños. Las partículas, a nivel teórico se consideran más o menos redondeadas. Se llaman 

  • partículas gruesas las que tienen diámetros entre 2,5 y 10 μm (o sea entre 2500 y 10000 nanómetros)
  • partículas finas las que están entre 0,1 y 2,5 μm (o sea entre 100 y 2500 nanómetros)
  • partículas ultrafinas las que tienen diámetros entre 0,001 y 0,1 μm (o sea entre 1 y 100 nanómetros). 

Las partículas ultrafinas también se llaman nanopartículas y se caracterizan por tener propiedades especiales. El estudio de nanopartículas es bastante moderno, sin embargo en cerámica se han estado utilizando desde hace siglos (aunque se desconocía su existencia). Por ejemplo, los vidriados de cobre rojos llamados sangre de buey, los vidriados de reflejos metálicos y los lustres están basados en las propiedades de las nanopartículas metálicas utilizadas.

Conforme más nos acercamos al tamaño de las nanopartículas, las propiedades de los materiales cambian y esto se debe a que una nanopartícula tiene un porcentaje alto de sus átomos en la superficie, ya que la relación entre superficie y volumen, con esos tamaños es dominada por la superficie. Las suspensiones de nanopartículas son posibles porque la interacción de la superficie de la partícula con el solvente es suficientemente fuerte para superar las diferencias de densidad. Si no fuese así las nanopartículas se hundirían o flotarían en el líquido solvente. Además, al ser la superficie tan grande, se favorece la difusión atómica, especialmente con temperaturas altas.

Entre los cambios de propiedades interesantes de las nanopartículas tenemos mayor absorción de radiación solar (útil para fabricar células fotovoltaicas), cambios por la temperatura en su campo magnético cuando son ferromagnéticas, efecto de auto-limpieza (en nanopartículas de TiO2), bloqueo de rayos UV (en nanopartículas de ZnO),…..y lo más utilizado en cerámica: cambios de color.

En cerámica, el uso de nanopartículas más conocido se debe al cambio de propiedades ópticas y temperaturas de fusión que se produce en nanopartículas de oro, plata, cobre, etc…Por ejemplo, las nanopartículas de oro en suspensión son de color rojo oscuro y ebullen a temperaturas mas bajas (300º aproximadamente frente a los 1064º del oro en lingote). Estos cambios ópticos son la base para una serie de técnicas decorativas como son los reflejos metálicos, los lustres metálicos, el cobre mate, o los púrpuras de Casio. En todos estos casos se producen fenómenos asociados a la difusión atómica de suspensiones de nanopartículas, cuando se hace una cocción en reducción. El cambio de color de las nanopartículas se debe a un fenómeno llamado “emisión de resonancia plasmónica superficial”.

Solubilidad

Hay que tener en cuenta que muchas materias primas son solubles en agua, lo cual las hace más o menos inservibles para ser utilizadas en cerámica, Como vamos a ver, con las distintas mezclas de materias primas molidas realizaremos suspensiones de estos materiales en agua. Si alguno de los componentes de la mezcla fuese soluble en agua significa que al aplicar la suspensión se producirían dos efectos:

  1. Ese componente disuelto se introducirá, junto al agua, por el interior de un material poroso. Por ejemplo, si estamos aplicando un vidriado sobre una pieza cerámica bizcochada, ese componente no permanece con el resto de componentes del vidriado en la superficie sino que entraría dentro de la arcilla bizcochada, de forma que la mezcla depositada en la superficie no sería la prevista.
  2. En el proceso de secado, el agua absorbida por el material poroso  va saliendo hacia la superficie para evaporarse pudiendo ocurrir que parte del compuesto disuelto quede sin mezclarse con el resto en la zona más superficial creando eflorescencias y otros efectos. Esto ocurre con ciertas sales, y en algunas suspensiones es un efecto buscado, aunque normalmente supone un problema.

Muchas materias primas solubles se calcinan para obtener fritas, de forma que así se convierten en insolubles o muy poco solubles.

Dicho esto, hay bastantes materias primas que se utilizan que son parcialmente solubles en agua. Silicatos como la Sienita Nefelina, carbonato de litio, boratos como colemanita y ulexita, carbonato de estroncio y todas las fritas. Esto provoca que si realizamos una suspensión con estas materias primas, la viscosidad y la tixotropía cambiarán según pasa el tiempo, y aparecerán pequeños cristales (precipitaciones).

La solubilidad de una materia prima puede cambiar por interacciones con otros componentes, o por efecto de la temperatura de almacenaje de una suspensión. La presencia de defloculantes disueltos en el agua además de afectar a la viscosidad pueden afectar a la estabilidad de la suspensión ya que los defloculantes hacen que la suspensión pueda cambiar sus propiedades en menos tiempo. 

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