温度如何改变黏土

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罗伯特·库兹·贝克/弗利克

随着窑炉的升温和冷却,温度的变化使粘土发生了一些深刻的变化。 粘土从这种柔软的,完全易碎的物质变成了坚硬的,不受水,风和时间影响的物质。 这种变化的完全变态几乎是神秘的,如果不那么普遍,可以认为是这样。

  • 大气干燥

    将陶器放入窑炉时,几乎总是骨干。 但是,在粘土颗粒之间的空间中仍然存在水。

    随着粘土的缓慢加热,水从粘土中蒸发出来。 如果粘土加热得太快,水将直接在粘土体内变成蒸汽,对锅产生爆炸作用。

    到水的沸点(海平面212 F和100 C)达到时,所有大气水应已从粘土中蒸发掉。 这将导致粘土压实和一些最小的收缩。

  • 燃烧掉碳和硫

    所有粘土体都含有一定量的碳,有机物质和硫。 它们在572 F和1470 F(300 C和800 C)之间燃烧。 如果由于某种原因(例如窑内通风不良)而无法从粘土中燃烧掉,则会发生碳取心。 这将大大削弱粘土体。

  • 化学结合水被驱除

    粘土的特征可以是一分子氧化铝和两分子二氧化硅与两分子水结合。 即使大气中的水消失了,粘土仍含有约14%的化学键水。 锅会轻很多,但没有物理收缩。

    当加热时,这种化学结合的水键松开。 碳和硫燃烧掉,化学结合的水在660 F和1470 F(350 C和800 C)之间从粘土中逸出。 如果水加热太快,它会再次引起粘土体内蒸汽的爆炸性产生。 由于所有这些变化(以及更多),点火程序必须允许缓慢的热量积聚。

  • 发生石英反转

    陶工称其为二氧化硅,但氧化硅也称为石英。 石英具有在特定温度下变化的晶体结构。 这些变化称为反转。 一种这样的反转发生在1060 F(573 C)。

    晶体结构的变化实际上会导致陶器在加热时尺寸增加2%,并在冷却时损失2%。 在这种石英倒置过程中,商品易碎,必须通过更换缓慢提高(然后冷却)窑温。

  • 烧结

    在玻璃氧化物开始熔化之前,粘土颗粒将已经相互粘附。 从大约1650 F(900 C)开始,粘土颗粒开始融合。 这种固结过程称为烧结。 陶器烧结后,它不再是真正的粘土,而已成为陶瓷材料。

    瓷器烧结后,通常在约1730 F(945 C)的温度下进行浓汤烧成,但仍是多孔的且尚未玻璃化。 这使得湿的生釉附着在陶器上而不会崩解。

  • 玻璃化和成熟度

    粘土的成熟是在玻璃化以达到硬度和耐久性之间的平衡,玻璃化得如此之快,以至于陶器开始在窑架上变形,坍落,甚至水坑。

    玻璃化是一个渐进的过程,在此过程中,最容易熔化的材料会熔化。 它们溶解并填充更多难熔颗粒之间的空间。 熔化的材料促进了进一步的熔化,以及压实和增强了粘土体。

    也在此阶段形成莫来石(硅酸铝)。 它们是长的针状晶体,可充当粘合剂,进一步编织和加固粘土。

  • 成熟温度

    烧制粘土的温度产生巨大差异。 在一个温度下烧制的粘土可能是柔软且多孔的,而在较高温度下烧制的相同粘土可能是硬且不可渗透的。

    还必须注意,不同的粘土会根据其组成在不同的温度下成熟。 红色陶器包含大量的铁,起着助熔剂的作用。 陶土可以在约1830 F(1000 C)的温度下燃烧至成熟,并在2280 F(1250 C)的温度下熔化。 另一方面,用纯高岭土制成的瓷器可能要到2500 F(1390 C)左右才会成熟,直到3270 F(1800 C)以上才熔化。

  • 冷却期间

    还有另一件事是粘土在冷却时经历。 那就是方晶石(一种二氧化硅的晶体形式)在冷却至420 F(220 C)以上时突然收缩。 在所有粘土体中都发现了方石英,因此,在经过此临界温度时,必须小心冷却窑。 否则,锅会产生裂纹。