Enfriamiento

En esta parte del proceso térmico la bajada de temperatura hace que los componentes en estado líquido se solidifiquen. En las pastas cerámicas, tras alcanzar la temperatura de maduración se produce el enfriamiento progresivo del horno y la arcilla se mantiene en su estado sin deformarse. Durante el enfriamiento se producen dos contracciones importantes:

573°C: El cuarzo retorna a su forma alfa, según se enfría el horno, con la consiguiente contracción del 1%.

260°C: La cristobalita se transforma en α cristobalita con una contracción del 3%.

En el caso de vidriados, tras alcanzar su fusión, se solidifican durante el enfriamiento convirtiéndose en un vidrio (sólido amorfo) que recubre la superficie de la arcilla bizcochada y la hace impermeable.

Algunos tipos de vidriados, además de solidificarse en forma vidriada, incorporan determinados componentes que desarrollan cristales durante el enfriamiento. Es decir, obtendremos una superficie amorfa y también, en algunas zonas, cristales con estructura geométrica definida. La formación de estos cristales suele necesitar que la etapa de enfriamiento sea lenta para permitir que las moléculas que fluyen durante la fusión encuentren el cristal y se adhieran a él, haciéndolo crecer.

Desvitrificación y cristalización

Cualquier material fundido, al enfriarse tiende a formar cristales, ya que dichos cristales ordenan los átomos en un estado de equilibrio y mínima energía. Sin embargo, los vidriados, al igual que las pastas cerámicas, tienen alta viscosidad en su estado fundido, de forma que durante el enfriamiento no tienen la movilidad para que les dé tiempo a formar cristales, formándose así el vidrio característico de los sólidos no cristalinos o amorfos. Cuando hay formación de cristales durante el enfriamiento, a pesar de la viscosidad de la sílice y la alúmina, decimos que hay desvitrificación.

La desvitrificación produce efectos indeseables en algunas ocasiones, por ejemplo cuando buscamos brillo y transparencia, ya que supone que la matriz vítrea se rompe y se producen agrietamientos o arrugas en lugar de una superficie brillante y lisa vidriada. Sin embargo, la desvitrificación también puede ser muy apreciada desde un punto de vista artístico o decorativo.

Los cristales se forman en temperaturas superiores a la temperatura de transformación. Si se alcanza la temperatura de transformación más deprisa que lo necesario en función de la viscosidad, no se formarán cristales y obtendremos un sólido vítreo, de naturaleza amorfa sin cristales. 

La formación de cristales tiene dos fases. La primera se denomina nucleación, y la segunda es el crecimiento. Durante el crecimiento el cristal formado en el núcleo se extiende y va adquiriendo nuevos átomos en su estructura. Durante el enfriamiento, en la masa vítrea puede observarse que mientras se forman núcleos en el interior del vidriado, en la superficie, que está a menor temperatura, ya se ha iniciado el crecimiento cristalino a gran velocidad. 

La composición de los vidriados influye mucho en su capacidad para formar cristales durante el enfriamiento. Hay determinados compuestos, del tipo silicato, que solo se pueden solidificar en forma cristalina y si el vidriado contiene estas composiciones, la formación de cristales se producirá muy deprisa. Las composiciones de este tipo que más frecuentemente se encuentran en los vidriados son anortita, wollastonita, celsiana, leucita, cordierita y mullita.

Además, cuanto más simple es la composición de un vidriado más fácilmente se producen cristales, especialmente si uno de los componentes predomina sobre los otros.

Otro motivo de la creación de cristales durante el enfriamiento es la presencia saturada de algunos óxidos, que se precipitan en forma cristalina dentro de la matriz vítrea. Esto ocurre cuando hay saturación de TiO2, que forma cristales de rutilo, o de Fe2O3, que forma hematites.

Además de la composición del vidriado, también influye en la desvitrificación la presencia de núcleos de cristalización. Estos núcleos pueden ser partículas refractarias de las materias primas del vidriado, que no han llegado a disolverse por completo. Estas partículas sin fundir suelen encontrarse fácilmente en las superficies de burbujas, en las gotículas que se forman por inmiscibilidad y en la superficie del vidriado, es decir, en aquellos lugares limítrofes entre fases. También puede formar núcleos  la presencia de residuos extraños como polvo en la superficie del vidrio o en el interior del horno que pueden convertirse en puntos de nucleación que se pueden propagar rápidamente. Nuestras huellas digitales grasas sobre los vidriados son también una fuente de nucleaciones de cristales.

La aparición de una fase cristalina provoca el enturbiamiento de un vidriado transparente, de forma que pasará a ser brillante pero opaco si los cristales se mantienen en el interior del vidriado, o mate si los cristales también alteran la superficie y la hacen rugosa.

Todos los vidriados mates, opacos y cristalinos son vidriados en los que se busca la desvitrificación para que adquieran su aspecto.

Son inhibidores de la formación de cristales el SiO2, Al2O3 y B2O3, ya que forman estructuras estables y aportan viscosidad. Por otro lado, fomentan las cristalizaciones, es decir, son agentes cristalizantes ZnO, TiO2, MgO, CaO, SrO y BaO, especialmente en vidriados con poco SiO2 y Al2O3.

Los vidriados mates contienen cristales extremadamente pequeños (no se aprecian individualmente) que se producen durante el enfriamiento pero no alteran la superficie, la cual se mantiene lisa . Son vidriados mates ácidos los que se basan en óxidos ácidos como el TiO2, SnO2 y ZrO2. Los vidriados mates se desarrollan mejor en atmósfera reductora que contenga vapor de agua ya que disminuye la viscosidad del vidriado fundido. 

En el ambiente cerámico, se denominan vidriados cristalinos a los vidriados especiales en los que se aprecian a simple vista los cristales del vidriado (el tamaño de los cristales visibles puede llegar a ser de 10 o 12,5 cm.). El resto de vidriados que contienen cristales se denominan “mates”, “opacos”, semi-mates”,…. no es habitual decir que son cristalinos. 

Los vidriados cristalinos son iridiscentes en mayor o menor medida. Los vidriados cristalinos pueden producir hinchamientos (debidos a que solidifican sin dejar escapar los gases), y tienen mucha expansión térmica por llevar en su contenido KNaO por lo que se pueden provocar grietas y craquelados en el vidriado, o bien roturas en las piezas. No deben usarse con alimentos ya que no son resistentes por carecer de alúmina y los cristales pueden separarse del cuerpo vítreo. No aguantan el fuego. Al no llevar arcillas en su composición, estos vidriados gotean en su fusión, por lo que se suele añadir un poco de Bentonita (1-3%).

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