Durante las diversas cocciones cerámicas se producen cambios físicos y químicos en las materias primas, en su gran mayoría irreversibles, que dan como resultado estructuras cerámicas y/o vítreas.
Los cambios que sufren las materias primas por la acción del calor se deben principalmente a la oxidación. El oxígeno, al igual que otros “no metales”, es muy electronegativo y tiene una afinidad electrónica muy alta por lo que siempre intenta enlazarse con otros elementos para compartir dos electrones y obtener así ocho electrones en su capa más externa. La electronegatividad del oxígeno es 3,44 pero también son muy activos el nitrógeno (electronegatividad 3,04), el Azufre (electronegatividad 2,58) y el Carbono (electronegatividad 2,55).
Al aplicar energía en forma de calor, este grupo de elementos comienza a reaccionar formando compuestos con otros elementos próximos. El oxígeno es el elemento más activo y más abundante y forma óxidos. Los óxidos creados entre el oxígeno y los metales son óxidos metálicos y son los sólidos que componen el cuerpo cerámico. El nitrógeno, también presente en el aire, se combina con el oxígeno formando NO2 que es un gas.
En los hornos de gas y de leña, los combustibles están formados mayoritariamente por carbono e hidrógeno y suelen tener alguna presencia de azufre. Estos tres elementos son los que realizan la combustión y son muy activos formando con el oxígeno vapor de agua H2O, dióxido de carbono CO2 y dióxido de azufre SO2, todos ellos gases que escapan por la chimenea.
En los hornos eléctricos no hay presencia de estos elementos aparte de las cantidades de carbono, hidrógeno y azufre presentes en algunos componentes cerámicos como los carbonatos, materia orgánica presente en la arcilla, etc…
Pero las reacciones de oxidación no se producen de repente a una temperatura determinada sino que son el resultado de una serie de transformaciones térmicas que ocurren progresivamente hasta desembocar en la formación del cuerpo cerámico o hasta la fusión de los vidriados. Las distintas transformaciones térmicas se solapan entre sí dependiendo de las materias primas que intervengan y de cómo interactúan entre ellas.
Uno de los primeros cambios que produce el calor es la combustión de la materia orgánica que contienen las materias primas. Mientras se van quemando los materiales orgánicos comienzan la calcinación y la “pérdida de agua química” que provocan cambios irreversibles de las propiedades de las distintas sustancias, las cuales se descomponen liberando gran cantidad de gases.
En paralelo comienza la sinterización que hace que las partículas se aproximen entre ellas hasta unirlas entre sí, formando inicialmente un sólido poroso entre todas ellas, que progresivamente va cerrando los poros hasta alcanzar la vitrificación.
La sílice libre, durante toda la cocción, va transformando su estructura cristalina por los efectos del calor. Estas “transformaciones polimórficas” producen cambios de volumen.
Y en algún momento del proceso de calentamiento, los óxidos fundentes comienzan a fundirse creando una fase líquida que envuelve y cementa a los demás materiales que permanecen todavía en estado cristalino. Con la fase líquida se acelera la sinterización y comienzan a desaparecer los poros formados por la unión de partículas.
Según aumenta la cantidad de fase líquida presente en la mezcla, se producen recombinaciones atómicas que producen nuevos cristales, distintos a los cristales de la mezcla inicial. Estas fases cristalinas pueden ser bastante refractarias y permanecer como cristales en el producto cerámico final. Ejemplos de estas fases cristalinas generadas durante la cocción son la mullita, la enstatita y la espinela. Las pastas con carbonatos pueden desarrollar fases cristalinas de anortita, gelenita o pseudowollastonita, de gran importancia en las propiedades del producto acabado.
Tras alcanzar la temperatura de maduración comienza el enfriamiento de la masa sinterizada y de los vidriados fundidos. En esta etapa hay un rango de temperaturas en el que los materiales en estado líquido intentan reorganizarse en forma de cristales que son los responsables de ciertas cualidades y/o defectos de los vidriados. Es la llamada desvitrificación.
Durante todas las transformaciones térmicas se producen desprendimientos de gases. La calcinación, la deshidroxilación y la fusión son procesos que generan gran cantidad de gases. Si la atmósfera del horno es reductora la generación de gases se incrementa mucho más. Además, muchos óxidos metálicos son volátiles cuando están fundidos, y algunos se subliman cambiando a estado gaseoso directamente desde estado sólido a ciertas temperaturas de forma que parte de ellos escapan del horno y parte vuelven a depositarse sobre las piezas cerámicas produciendo vidriados especiales como el vidriado a la sal, o simplemente contaminando las piezas.
La generación de gases se aprovecha en ciertos procesos cerámicos, como la obtención de espumas o pastas expansivas a las que se añade un agente espumante para alcanzar un volumen que puede multiplicar por diez o más el volumen habitual de la pasta, obteniendo sólidos con alrededor de 95% de porosidad.
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