Polimorfismo de la sílice

La sílice, el principal componente de cualquier mezcla cerámica, es un material polimórfico, es decir, puede cristalizar de diversas formas sin alterar su fórmula, que siempre es SiO2.

La celda básica para construir la retícula siempre es un tetraedro, pero cada forma polimórfica tiene orientados los enlaces Si-O-Si con una orientación distinta de forma que la red que forman los tetraedros cambia formando cristales más o menos densos, es decir, modificando su volumen. El calor hace que la sílice se transforme en sus tres principales polimorfos.

Los cambios polimórficos afectan a la sílice libre y los cambios de volumen producidos cambian el coeficiente de expansión térmica.  

Los tres polimorfos que puede tener la sílice libre durante la cocción se llaman cuarzo, tridimita y cristobalita. La transformación entre estas formas cristalinas se denominan conversiones y se realizan muy lentamente, durante un rango de temperaturas muy ancho.

Además, dentro de cada forma cristalina hay dos variantes que se denominan  “α” y “ß” que corresponden a pequeños cambios en  los enlaces. Las transformaciones entre la forma  “α” y  “ß” se denominan inversiones y se producen en un rango de temperaturas muy estrecho.

La sílice libre que se utiliza habitualmente en pastas y vidriados es cuarzo. También está disponible en el mercado cristobalita, que se puede añadir a las pastas para evitar craquelados en los esmaltes.

Si nuestra sílice libre es cuarzo, a los 573ºC se produce la inversión del cuarzo (cuarzo  α → cuarzo ß) que provoca un aumento del 1% de su volumen. A 870º se produce la conversión de cuarzo en tridimita y aproximadamente a 1200ºC comienza a aparecer la cristobalita. Si tuviésemos un horno que alcanzase 1470ºC veríamos que a esa temperatura todo el cuarzo se ha transformado en cristobalita.

Los cambios de volumen que son importantes para la cocción cerámica se producen durante el enfriamiento, ya que es en ese momento donde pueden desajustarse pastas y vidriados provocando craquelados.

Durante el enfriamiento, al alcanzar 573º, se produce la inversión del cuarzo provocando una disminución de volumen del 1%. A los 260º se produce la inversión de la cristobalita generando una contracción del 3%.  Por debajo de 170º se produce la inversión de la tridimita que provoca una contracción del 0,3%.

La presencia de sílice libre siempre produce cristobalita en mayor o menor medida. Además algunos ceramistas sustituyen parte del cuarzo por cristobalita para que la contracción de la pasta sea mayor. Así se favorece la compresión del vidriado y su agarre a la pasta.