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Mentre un forno si accende e si raffredda, gli sbalzi di temperatura apportano profondi cambiamenti nell'argilla. L'argilla passa da questa sostanza morbida e totalmente fragile a una che è dura come la roccia, impermeabile all'acqua, al vento e al tempo. Il cambiamento è quasi mistico nella sua completa metamorfosi e potrebbe essere considerato tale se non fosse così comune.
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Essiccazione atmosferica
Quando la ceramica viene messa nel forno, è quasi sempre secca. Tuttavia, c'è ancora acqua intrappolata negli spazi tra le particelle di argilla.
Quando l'argilla viene riscaldata lentamente, l'acqua evapora dall'argilla. Se l'argilla viene riscaldata troppo rapidamente, l'acqua diventerà vapore proprio all'interno del corpo di argilla, espandendosi con un effetto esplosivo sulla pentola.
Quando viene raggiunto il punto di ebollizione dell'acqua (212 F e 100 C a livello del mare), tutta l'acqua atmosferica dovrebbe essere evaporata dal corpo argilloso. Ciò comporterà la compattazione dell'argilla e un minimo ritiro.
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Brucia carbonio e zolfo
Tutti i corpi di argilla contengono una certa misura di carbonio, materiali organici e zolfo. Questi bruciano tra 572 F e 1470 F (300 C e 800 C). Se per qualche motivo, come una scarsa ventilazione all'interno del forno, questi non sono in grado di bruciare dal corpo di argilla, si verificherà il carotaggio del carbonio. Ciò indebolirà notevolmente il corpo di argilla.
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L'acqua combinata chimicamente viene espulsa
L'argilla può essere caratterizzata come una molecola di allumina e due molecole di silice legate con due molecole di acqua. Anche dopo che l'acqua atmosferica è scomparsa, l'argilla contiene ancora circa il 14% in peso di acqua legata chimicamente. Il vaso sarà sostanzialmente più leggero, ma senza ritiro fisico.
Il legame di questa acqua combinata chimicamente si allenta quando viene riscaldato. Sovrapponendo il carbonio e lo zolfo bruciano, l'acqua legata chimicamente fuoriesce dal corpo di argilla tra 660 F e 1470 F (350 C e 800 C). Se l'acqua si riscalda troppo rapidamente, può nuovamente causare la produzione esplosiva di vapore all'interno del corpo di argilla. È a causa di tutti questi cambiamenti (e non solo) che il programma di accensione deve consentire un lento accumulo di calore.
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Si verifica un'inversione al quarzo
I vasai lo chiamano silice, ma l'ossido di silice è anche noto come quarzo. Il quarzo ha una struttura cristallina che cambia a temperature specifiche. Questi cambiamenti sono noti come inversioni. Una di queste inversioni si verifica a 1060 F (573 C).
Il cambiamento nella struttura cristallina farà effettivamente aumentare le dimensioni della ceramica del 2 percento durante il riscaldamento e perderà questo 2 percento mentre si raffredda. Gli oggetti sono fragili durante questa inversione di quarzo e la temperatura del forno deve essere aumentata (e successivamente raffreddata) lentamente durante il cambiamento.
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Sinterizzazione
Prima che gli ossidi di fabbricazione del vetro inizino a sciogliersi, le particelle di argilla si attaccano già l'una all'altra. A partire da circa 1650 F (900 C), le particelle di argilla iniziano a fondersi. Questo processo di cementazione è chiamato sinterizzazione. Dopo che la ceramica si è sinterizzata, non è più veramente argilla ma è diventata un materiale ceramico.
La cottura in bisquit viene solitamente eseguita a circa 1730 F (945 C) dopo che la merce si è sinterizzata ma è ancora porosa e non ancora vetrificata. Ciò consente agli smalti bagnati e grezzi di aderire alla ceramica senza che si disgreghi.
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Vitrificazione e maturità
La maturazione di un corpo di argilla è un equilibrio tra la vetrificazione del corpo per ottenere durezza e durevolezza, e così tanta vetrificazione che la merce inizia a deformarsi, crollare o persino a depositarsi sullo scaffale del forno.
La vetrificazione è un processo graduale durante il quale i materiali che si sciolgono più facilmente lo fanno. Si dissolvono e riempiono gli spazi tra le particelle più refrattarie. I materiali fusi favoriscono l'ulteriore fusione, oltre a compattare e rafforzare il corpo argilloso.
È anche durante questa fase che si forma la mullite (silicato di alluminio). Questi sono lunghi cristalli aghiformi che agiscono come leganti, lavorando a maglia e rafforzando ulteriormente il corpo di argilla.
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Temperature di maturazione
La temperatura alla quale viene cotta un'argilla fa un'enorme differenza. Un'argilla cotta a una temperatura può essere morbida e porosa, mentre quella stessa argilla cotta a una temperatura più alta può essere dura e impermeabile.
È inoltre imperativo notare che diverse argille maturano a temperature diverse, a seconda della loro composizione. Una terracotta rossa contiene una grande quantità di ferro che funge da fondente. Un corpo di argilla di terracotta può sparare fino alla maturità a circa 1830 F (1000 C) e può fondersi a 2280 F (1250 C). D'altra parte, un corpo di porcellana fatto di caolino puro potrebbe non maturare fino a circa 2500 F (1390 C) e non sciogliersi fino a oltre 3270 F (1800 C).
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Durante il raffreddamento
C'è un altro evento che l'argilla attraversa mentre si raffredda. Questa è l'improvvisa contrazione della cristobalite, una forma cristallina di silice, quando si raffredda oltre i 420 F (220 C). La cristobalite si trova in tutti i corpi di argilla, quindi è necessario prestare attenzione a raffreddare lentamente il forno mentre si muove attraverso questa temperatura critica. Altrimenti, i vasi svilupperanno crepe.