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Sur cette page : Les glaçures de basses températures, article technologique de Smart.Conseil

 

 

GLAÇURES de BASSES TEMPÉRATURES par Smart.Conseil

 

 

 

céramique, glaçures, matières premières, minéraux, température, mesure, fours céramiques, frittes, émail, porcelaine, grès, faïence

 

 

 

 

Glaçures de basses températures pour 900-1100°C

Les deux principales voies pour réaliser des glaçures de basses températures sont l'utilisation de frittes ou de matières premières naturelles très fondantes. Voici succintement un résumé de ces possibilités.

1) Les glaçures sans frittes :

 

L'alternative la plus courante aux glaçures sans frittes pour basse température est le recours aux borates de calcium naturels, insolubles dans l'eau et dont la teneur en B2O3 élevée permet une amorce rapide de la phase vitreuse au sein de la glaçure. Les sources principales sont la colémanite, l'ulexite, la pandermite, la datolite...

 

Ce sont tous des minéraux hydratés, voici leur formules types :

 

Colémanite : 2CaO.3B2O3.5H2O

Pandermite : 4CaO.5B2O3.7H2O

Ulexite : Na2O.2CaO.5B2O3.16H2O

Datolite : 2CaO.B2O3.2 SiO2 .H2O

 

 

 

La Colémanite :

 

Le minerai le plus utilisé en céramique artisanale est la Colémanite. Les frittes au bore sont utilisées surtout dans l'industrie alors que les potiers et les entreprises artisanales utilisent plutôt des minerais naturels tels que la colémanite. C'est une source naturelle de bore insoluble (et aussi de calcium), c'est en quelque sorte une fritte naturelle. Ce minerai vient de Turquie, du Chili ou de Californie (le Gerstley borate en est une variante). Les qualités varient selon les gisements et à l'intérieur même des gisements, ce qui en fait une matière première changeante et peu régulière au cours des approvisionnements. Les variantes naturelles oscillent entre 41 et 51% pour le bore et 18 à 28% pour le calcium.... vaste programme.

 

La colémanite est un fondant actif des glaçures dès 900°C, il agit comme une fritte. Sa décomposition entre 700 et 800°C produit un fort dégagement d'eau sous forme de vapeur.

La formule type 2CaO.3B2O3.5H2O contient 50.82% de B2O3 et 27.28% de Cao, la perte au feu (deshydratation) représente 21.92% de la masse initiale !!

Les accidents de glaçure lors de la montée en tepérature ne sont pas rares.

 

En europe la qualité la plus courante est la colémanite turque : (Composition moyenne) B2O3 41.5% - Na2O 0.1 % - CaO 26.0 % - MgO 2.0% - Fe2O3 0.1 % - SrO 0.1 à 0.5 % - Al2O3 0.1 % - SiO2 5.0 % - Perte au feu 25%

 

La montée en température devra tenir compte de l'importante perte au feu (déshydratation) afin de limiter les piqûres et les retirements pour les glaçures riches en colémanite. Lors de cette perte de matière (H2O) la glaçure pourra subir des retraits (craquelures), et lors de la fusion, des retirures pourront se produire à partir de ces craquelures et découvrir le biscuit sous les efffets de la tension de surface. Afin de limiter ces effets, il faut veiller à éviter les surépaisseurs de glaçure et à la tamiser finement pour éliminer les trop grosses particules. L'utilisation de liants et de colles peut aussi être favorable.

 

Les borates de calcium naturels dit "insolubles" présentent toutefois des aptitudes à se solubiliser dans l'eau en fonction de la température, du pH et du temps. Il faudra être prudent et ne pas conserver ces préparations trop longtemps. L'idéal est de les préparer au fur et à mesure de leur utilisation et de le faire à partir d'eau déminéralisée (Voir article : http://pagesperso-orange.fr/smart2000/borate_de_calcium.htm)

 

La plupart des fournisseurs-revendeurs pour la céramique proposent ce type de produit (Colémanite, Gerstley borate copy, Ulexite, Cadycal, Murrays borate, Gillespie borate, laguna borate, etc...).

 

Voir les sites suivants :

Site de tony Hansen (Digital Fire) : http://www.digitalfire.com/gerstleyborate/substitutes.html

Smart.Conseil : http://pagesperso-orange.fr/smart2000/gerstley_borate0.htm

 

 

 

Voici plusieurs recettes de glaçures basées sur la colémanite :

 

La colémanite est un borate de calcium hydraté naturel qui agit dans la glaçure comme une fritte. Le bore et le calcium contenus conjointement permettent d'obtenir assez facilement des glaçures entre 900°C et 1100 °C. Ces glaçures montrent assez souvent une certaine opacité. Il faut prendre garde à ménager la vitesse de chauffe lors de la déhydratation de la colémanite pour éviter l'endomagement de la couche de glaçure (éclatements, retirures).

 

(La composition donnée plus haut pour la colémanite turque peut être retenue pour ces glaçures)

 

 

Transparentes brillantes :

 

Matières :	Glaçure 1	Glaçure 2	Glaçure 3	Glaçure 4	Glaçure 5	Glaçure 6 craquelée
Température	900-1000	900-1000	950-1050	950-1050	1000-1050	1050
Colemanite	85.5	89.5	76.5	70	32.3	41.1
Kaolin	7.7	6.2	11.5	12.5	3.9	-
Silice	6.8	-	12	17.5	9.8	11.0
Craie	-	4.3	-	-	-	-
Feldspath mixte	-	-	-	-	41.2	-
Feldspath potassique	-	-	-	-	-	33.5
Carbonate de Baryum	-	-	-	-	5.9	14.4
Oxyde de zinc	-	-	-	-	4.9	-
Bentonite	-	-	-	-	2	-

 

Transparentes mates :

 

Matières :	Glaçure 6	Glaçure 7	Glaçure 8	Glaçure 9
Température	900-1000	950-1050	1000-1050	1050
Colemanite	76.8	69.0	28.9	11.0
Kaolin	10.2	11.0	-	-
Silice	7.9	20.0	5.6	10.0
Wollastonite	5.1	-	-	-
Oxyde de zinc	-	-	10.0	4.0
Carbonate de Baryum	-	-	-	13.0
Feldspath mixte	-	-	55.0	47.0
Craie	-	-	0.5	13.0

 

Opaques brillantes :

 

Matières :	Glaçure 9	Glaçure 10
Température	1000-1050	1000-1050
Colemanite	29.5	32.4
Kaolin	-	3.9
Silice	1.2	9.8
Feldspath mixte	57.9	41.2
Carbonate de Baryum	-	5.9
Oxyde de zinc	-	4.9
Oxyde d'étain	10.4	-
Bentonite	1.0	1.9

 

 

2) Les glaçures à base de frittes :

 

Les glaçures à base de frittes, contiennent entre 80 et 95% d'une ou plusieurs frittes en mélange, le reste étant des additifs tels que kaolin, bentonite, oxydes, colorants... Les frittes sont vendues broyées en poudre, faciles à stocker sur de longues périodes (au sec) et faciles à doser par pesage direct et à mélanger dans de l'eau.

 

Les frittes sont des verres obtenus par fusion de matières premières à haute température (1350-1500°C). Les frittes permettent de s'afranchir des problèmes liés à la solubilités de certaines matières premières, de leur toxicité, de leur produits de décomposition thermique, des retraits, des températures de vitrification trop élevées. Leurs propriétés sont garanties, ce sont des produits issus des besoins de l'industrie céramique, ils sont contrôlés et répondent à un cahier des charges précis. Une référence de fritte correspond à une formule chimique spécifique chez chaque fabricant. Les propriétés d'une fritte sont celles liées à la formulation du verre correspondant et une même formule produite par des fabricants différents a les mêmes propriétés.

 

Puisque les propriétés des frittes dépendent directement de leur formulation, il est possible d'utiliser les logiciels créés par les verriers pour effectuer l'évaluation directe des mélanges à tester lors de recherches sur la composition de glaçures frittées (avec une ou plusieurs frittes mélangées) pour une céramique donnée.

 

Il existe des centaines de frittes produites pour l'industrie par les plus grands fabricants mondiaux (Ferro, Johnson-Matthey, Reimbold, Colorobbia,, etc... la liste est encore longue), elles sont brillantes, satinées, mattes, transparentes, opaques, incolores, colorées, pour cuisson traditionnelle, rapide, en bicuisson, en monocuisson, etc... la gamme est très vaste et pour chaque domaine il existe de nombreuses variations sur les éléments contenus, la dilatation, la température de ramolissement, l'élément dominant... (exemple : fritte matte au zinc, fritte matte au baryum, fritte matte au calcium....) et des exclusions, par exemple, il pourra y avoir des frittes sans plomb, des frittes sans zinc, sans baryum...

 

Initialement chacune de ces frittes ont été développées spécifiquement pour des produits, des marchés, des fonctions précises... Beaucoup sont disponibles sur les catalogues des fabricants, mais ceci est beaucoup moins évident sur les offres des fournisseurs-revendeurs de la céramique qui n'ont souvent qu'une dizaine de frittes à leur catalogue. Ce qui est parfaitement compréhensible d'un point de vue gestion et économie d'entreprise, car nos fournisseurs-revendeurs offrent ces produits au détail au kg et parfois moins... Ils sont donc amenés à simplifier l'offre en proposants les produits types correspondant au plus grand nombre. Néanmoins, si on compulse l'ensemble des catalogues des fournisseurs-revendeurs sur le marché, il est possible de se constituer une bonne base de donnée des frittes disponibles à la vente facilement accessibles en france et dans les pays limitrophes. Partant de cette base, les possibilités de créer des glaçures de basse température seront relativement étendues pour permettre à chacun de composer du "sur mesures" pour ses céramiques.

 

Tout ceci est assez technique, demande d'y passer du temps et d'y consacrer des moyens, mais c'est le prix à payer pour gagner son indépendance en matière de glaçures pour ceux qui ne veulent pas de produits prêts à l'emploi. Faire ainsi de la céramique prend là beaucoup plus de sens et donne à celui ou celle qui entreprend cette démarche la liberté de créer ses propres produits et effets en connaissance de cause.

 

 

 

Exemple de composition pour une faïence calcaire :

 

Données : Le biscuit de faïence à émailler a un coefficient de dilatation de 80 x 10-7 °C-1. La glaçure devra posséder un coefficient de dilatation inférieur de 10 à 20 points environ pour rester en accord avec ce tesson. La glaçure recherchée devra donc avoir un coefficient de dilatation proche de 60 à 65 x 10-7°C-1. La base de glaçure recherchée est une base opaque très légèrement teintée de rose.

L'opacification d'une base transparente est possible avec de l'oxyde d'étain ou du zircon, mais une fritte opacifiée au zircon apporte plus de stabilité et produit moins de défauts, c'est aussi un choix économique intéressant. Une glaçure développe une bonne opacité avec du zircon lorsque le taux de ZrO2 est supérieur ou égal à 10 %.

 

Un brève recherche dans quelques catalogues propose les produits suivants :

 

oxydes	Fritte opaque M130600 (Carl Jäger)	Fritte opaque M5148 (Solargil)	Fritte opaque R1122 (Potterycrafts)	P2962 alcaline pour correction (Potterycrafts)
CaO	3.633	6.074	6.0	2.9
ZnO	5.648	7.987	0.0	0.0
MgO	0.000	0.000	0.7	0.0
BaO	0.000	0.000	0.0	6.9
Na2O	2.151	5.034	6.1	18.6
K2O	4.358	5.099	0.2	10.3
Li2O	0.484	0.000	1.2	0.0
Al2O3	8.249	13.101	4.4	5.2
SiO2	48.933	46.362	55.9	52.5
B2O3	17.709	8.006	13.5	3.4
ZrO2	8.834	8.337	12.1	0.0
Coef dilat	63 x 10-7	66 x 10-7	71 x 10-7	134 x 10-7

 

 

 

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Coloration :

 

La coloration rose pourra être obtenue avec un colorant saumon au Fe-Zr (Zircon-Fer), du type du P17 de Solargil. Ce colorant faiblement dilué dans une base opaque produit une teinte rosée très douce. Un premier essai sur le base de 1% devrait permettre d'estimer l'ajustement de cette coloration.

 

Petit truc de céramiste : pour compenser l'attaque du pigment Fe-Zr par la glaçure lors de la cuisson, ajouter un peu de zircon dans la glaçure (0,5 à 1 %) plutôt que d'ajouter du colorant. La glaçure se "nourrira" du zircon ajouté plutôt que du zircon du pigment colorant. Ce type de précaution joue pour la plupart des pigments à base de zircon (sauf les pigments d'inclusion pour lesquels ce n'est pas vraiment nécessaire). En finale cela représente souvent une économie de colorant importante.

 

 

 

Mon choix se porte sur les deux frittes M130600 et M5148 pour réaliser mon émail. Elles sont différentes et assez complémentaires pour permettre d'atteindre une bonne brillance, un coefficient de dilatation moyen, une température de cuisson moyenne, une élasticité raisonnable, un bonne viscosité. Conjointement j'y ajouterai une fritte alcaline pour corriger la dilatation et abaisser la température ainsi qu'un peu de kaolin pour la cohésion et la brillance et du zircon pour obtenir une bonne opacité (10% de ZrO2 au total) et préserver mon colorant Fe-Zr.

 

 

Après calculs j'obtiens la composition suivante :

 

 

Recette à tester	%
Fritte opaque M130600	46.00
Fritte opaque M5148	33.50
Fritte alcaline P2962	12.00
Kaolin	3.50
Zircon	5.00
	-
Colorant P 17	1.00
	-
total	101

 

Formule	Composition 1
CaO	4.07
ZnO	5.30
MgO	0.01
BaO	0.83
Na2O	4.93
K2O	5.04
Li2O	0.22
Al2O3	10.10
SiO2	47.90
B2O3	11.29
ZrO2	10.26
-
Coef dilat	64,6 x 10-7
Acidité (brillance)	2.35
Cuisson	980°C
Élasticité	8.55 Kbars

 

Cette composition nécessite des matières provenant de diiférentes sources, c'est un peu compliqué, mais c'est juste à titre d'exemple pour montrer que la diversité des offres à partir de plusieurs fournisseurs peut-être intéressante à exploiter pour sortir des produits de proximité souvent trop limités.

 

A noter qu'il aurait été impossible de réaliser cette glaçure à partir de matières premières pour obtenir un produit équivalent cuit à 980°C.

 

 

 

Frittes particulières pour les glaçures basse température :

 

Il existe aussi des frittes qui reproduisent les matières naturelles, mais sans les inconvénients de leurs produits de décompositions. Par exemple, les frittes aux borates de calcium qui reproduisent tout ou partiellement les effets de la colemanite sans l'inconvénient de la déshydratation. La fritte 3221 est celle qui est la plus proche de la colemanite.

 

 

 

oxydes	Fritte 3221 (J-Matthey) (Colpaert-Belgique ou Peter Lavem)	Fritte FR8 (Solargil)	P2954 (Potterycrafts)
CaO	45.00	17.98	26.5
MgO	0.00	0.000	0.1
Na2O	0.00	6.14	0.0
K2O	0.00	4.88	0.3
Al2O3	0.00	1.44	4.9
SiO2	0.00	49.56	17.9
B2O3	55.00	20.01	50.3
Coef dilat	59 x 10-7	66 x 10-7	61 x 10-7

 

 

 

 

 

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