Expansión y contracción térmica

Tras alcanzar la maduración de las pastas o de los vidriados comienza a descender la temperatura y poco a poco el magma líquido de los vidriados y la fase líquida de las pastas se van enfriando y solidificando. Durante el enfriamiento se producen dos fenómenos importantes desde el punto de vista cerámico: la desvitrificación o formación de cristales suspendidos en la red vítrea, y la contracción térmica.

Esa contracción se debe a las transformaciones polimórficas de la sílice y al reordenamiento de los átomos cuando pasan de estado líquido a estructuras cristalinas o vítreas. Si esa contracción no es similar en la pasta y en el vidriado se pueden producir distintos problemas. 

Se denomina coeficiente de expansión térmica (CET), o coeficiente de dilatación, a la variación de longitud media que se produce por cada  grado centígrado cuando calentamos un milímetro de una sustancia, desde 20 ºC hasta su temperatura de transformación. Es un valor medio porque las variaciones son distintas según las distintas temperaturas.

Por ejemplo, un vidriado con CET de  5·10^-6/ ºC  (donde 10^-6 es una notación matemática para expresar la millonésima parte de algo) se expandirá en promedio 5 micras por cada metro de longitud y por cada grado de temperatura. Lo mismo vale para las contracciones en caso de enfriamiento.

Si la pasta tiene una disminución pequeña de volumen (CET bajo) y el vidriado tiene una disminución grande (CET alto), la capa vidriada estará tensa y llegará a agrietarse formando así vidriados craquelados (crazing).

Si la pasta tiene una disminución grande de volumen (CET alto) y el vidriado tiene una disminución pequeña (CET bajo), la capa vidriada sufre fuerzas de compresión y puede llegar a desconchar (shivering) por desprendimiento en ciertas zonas. 

Cuando el CET de la pasta y el vidriado es igual o similar el ajuste entre ambas partes es bueno, aunque el mejor ajuste se consigue cuando el cuerpo cerámico encoge un poco más que el vidriado haciendo que haya una pequeña compresión en este último.

No obstante, los cambios de volumen que produce la sílice libre durante el enfriamiento también pueden producir grietas (dunting) independientemente del CET del vidriado. Si la aplicación del vidriado es en capa fina, tendrá mayor elasticidad y las diferencias en coeficientes de dilatación serán más fáciles de absorber.

Los óxidos con mayor CET son los óxidos de sodio Na2O y de potasio K2O. El óxido de litio Li2O, aunque también alcalino, tiene un CET menor (casi 6 veces más pequeño que el sodio) y cuando forma aluminosilicatos de litio Li2O·Al2O3·SiO2 se obtienen CET negativos, por lo que las pastas ricas en estos compuestos (pastas ricas en petalita y porcelanas de litio) se utilizan como pastas resistentes al choque térmico.

Los óxidos con menor CET, son el óxido de boro B2O3, que tiene CET ligeramente negativo y la sílice amorfa que forma parte de la red vítrea, con CET casi igual a cero. Sin embargo, la sílice libre en las formas de cuarzo y cristobalita tiene un CET elevado motivado por las transformaciones polimórficas que sufre en el enfriamiento.  La alúmina también tiene CET muy pequeño, siendo el óxido de magnesio MgO el de menor coeficiente entre los fundentes (excluyendo al boro).

Los vidriados con un CET muy bajo no llevan, o llevan muy poca cantidad, de sodio y potasio en su composición. Pueden ser ricos en óxidos de zinc, magnesio, boro y sílice, o bien vidriados que precipitan durante el enfriamiento cristales de aluminosilicatos de litio. Este tipo de vidriado es el único que se ajusta a las pastas con CET bajo resistentes al choque térmico, con poco cuarzo libre, o ricas en óxido de magnesio MgO, o ricas en aluminosilicatos de litio. Estos vidriados aplicados sobre gres normal producen siempre desconchados.

En el lado contrario, los vidriados ricos en sodio y potasio, sobre todo los vidriados con mucho sodio, tienen un CET muy alto y craquelan sobre cualquier tipo de pasta. Un vidriado realizado solo con feldespatos es un vidriado craquelado de alta temperatura. En baja temperatura se utilizan fritas alcalinas, como en muchos vidriados de raku. En estos vidriados, la red de grietas depende del grosor de capa del vidriado, del tipo de pasta y de la temperatura de cocción. 

Un vidriado craquelado no es aconsejable utilizarlo en las superficies que van a estar en contacto con alimentos ya que en las grietas se acumulan restos orgánicos que favorecen el desarrollo de bacterias. No obstante, hay piezas de vajilla craqueladas en las que las grietas se cubren con algún óxido colorante o pigmento (mezclado con fundente) y se hace una cocción adicional para fijar los colores disminuyendo así la probabilidad de crecimiento de bacterias. 

Estéticamente, los craquelados son muy atractivos, especialmente en los vidriados transparentes en los que las grietas se hacen más visibles. En alta temperatura la red de grietas se ve poco y se suele aplicar tinta china para hacerlas más visibles. En las cocciones ahumadas en reducción, como en el raku, las grietas se ennegrecen con el humo.