Fusión

La fusión es un proceso físico por el que una sustancia pasa de estado sólido a líquido debido al aumento de su energía interna como consecuencia de la absorción de calor.  Debido al calor, los átomos vibran cada vez con mayor amplitud hasta romper los enlaces que les unen a otros átomos.

Las mezclas de materias primas utilizadas en cerámica tienen materiales que alcanzan la fusión a muy distintas temperaturas, por lo que el proceso de fusión se puede iniciar tempranamente apareciendo una fase líquida que fluye entre partículas sólidas, mientras que otros componentes refractarios pueden llegar al final de la cocción manteniendo su estado sólido. Las mezclas cerámicas tienen, por tanto, una fusión gradual a medida que avanza la temperatura del horno.

El rango de temperaturas en el que se produce la fusión está determinado principalmente por tres factores:

• La composición de la mezcla, siendo muy influyentes el ratio entre formadores de vidrio y fundentes de la mezcla, junto a la concentración y naturaleza de los distintos óxidos
• El tamaño de las partículas sólidas
• La curva de cocción y la atmósfera del horno.

Los distintos componentes de las pastas y los vidriados tienen eutécticos entre ellos. Los eutécticos son mezclas, con unas proporciones determinadas de cada componente, en los que se produce la fusión de los compuestos a una temperatura inferior a la que fundirían cada uno de ellos por separado. Gracias a los eutécticos, podemos conseguir en los procesos cerámicos que la sílice SiO2, con punto de fusión a 1753ºC,  y la alúmina Al2O3, con punto de fusión a  2050ºC, puedan llegar a fundirse a las temperaturas que se alcanzan en un horno cerámico.

Según avanza la fusión, la fase líquida va creciendo incorporando más compuestos en estado líquido que pueden llegar a combinarse para formar nuevos sólidos cristalinos, distintos a los cristales de los compuestos iniciales, algunos de ellos muy refractarios y capaces de sobrevivir a la cocción.

Si se aumenta lo suficiente la temperatura se obtendrá una única fase líquida. 

La cocción de pastas de baja temperatura , normalmente,  llega hasta una temperatura en la que hay sinterización sin deformación con una fase líquida muy incipiente, prácticamente inexistente en muchos casos. Los fundentes de estas pastas como carbonato de calcio, feldespatos, etc.. comienzan su fusión a temperaturas similares a la de cocción de la pasta. Las pastas de alta temperatura como porcelana y gres alcanzan durante la cocción una fase líquida bastante abundante que puede llegar a ocasionar deformaciones muy fácilmente.

Los esmaltes que se utilizan para vidriar la cerámica alcanzan la fusión generalizada de todos sus componentes. Dependiendo de su naturaleza serán más o menos viscosos al alcanzar su temperatura de maduración.

Tanto en pastas como en vidriados los óxidos fundentes son los primeros que alcanzan el estado líquido y comienzan a reaccionar con los compuestos más refractarios de alúmina y sílice. La interacción entre los materiales es bastante compleja según van fundiéndose, formando eutécticos que promueven una fusión a menor temperatura.

Según aumenta la fase líquida disminuyen las distintas fases sólidas de la mezcla, es decir, la cantidad de partículas que  permanecen parcialmente sólidas y su tamaño son cada vez menores. Durante este periodo, la fase líquida es muy viscosa y la gran cantidad de gases que se producen no pueden escapar y esto produce un aumento de volumen. 

Al continuar aumentando la temperatura, la fase líquida es cada vez mayor y menos viscosa, por lo que los gases comienzan a escapar creando cráteres e irregularidades hasta que la fluidez del líquido es tal que esas irregularidades se cierran ofreciendo una superficie lisa.

Si realizamos una curva de la evolución del volumen con respecto a la temperatura durante la cocción obtendríamos algo semejante a la siguiente figura, que trata de ilustrar todo el proceso térmico, aunque no es una curva real a escala.

Durante todo el proceso de fusión, es importante la granulometría de los componentes del vidriado ya que cuanto mayor sea el volumen de la partícula, más tiempo va a necesitar para disolverse completamente en el fundido, pero si el tamaño de partícula es muy fino, su disolución se facilita bastante. 

La fusión de los vidriados se caracteriza por producir masas heterogéneas. Por un lado, la zona más interior del vidriado está en contacto con la pasta que sirve de soporte, de forma que se produce una zona de interfase entre ambos materiales con una composición distinta. En muchas ocasiones, la temperatura de maduración del vidriado no llega a fusionar en su totalidad  algunas partículas muy refractarias que sobreviven a la cocción, como ocurre con los vidriados opacos de óxido de estaño, o los vidriados coloreados con pigmentos. Algunas mezclas producen líquidos que no se mezclan entre sí produciendo variegaciones de distintos tipos. Ciertos óxidos se volatilizan en mayor o menor medida, por lo que el resultado final del vidriado no es exactamente igual a la composición planificada, produciendo a nivel superficial una mayor concentración de estos óxidos por los gases sedimentados.

Si a esto añadimos la formación de cristales durante el enfriamiento de la masa fundida (desvitrificación) todavía obtendremos más diversidad y cambios en el vidriado como la matidez o cristalinidad.  

Los vidriados transparentes son los que más se acercan a la homogeneidad tanto en la superficie como en el interior. La transparencia se logra cuando el vidriado funde por completo y no desvitrifica en el enfriamiento de forma que no hay presencia de estructuras cristalinas en la red vítrea.