Tu ouvres ton four et constates que ton émail a des fissures, ou des craquelures, des zones de tressaillage ou d’écaillage. Tu l’as peut-être recherché pour donner un effet décoratif. Mais ça peut aussi être un désastre pour tes pièces qui deviennent impropres à un usage alimentaire en raison de leur porosité.
C’est l’effet nuisible du Coefficient de Dilatation thermique (CDT). Nous verrons plus loin qu’il n’est pas seul en cause!
Le CDT: de quoi s’agit-il?
C’est la mesure du changement de longueur ou de volume du matériau en céramique sous l’effet de la température. Plus forte est l’expansion de la pièce pendant la cuisson, plus sera forte sa contraction pendant son refroidissement.
Le but de cette mesure est « de déterminer comment les matériaux et émaux peuvent s’ajuster réciproquement et leur possibilité de survivre à un réchauffement et à un refroidissement sans fissurer« .
Les valeurs d’expansion de l’argile et des émaux lors de la cuisson sont très faibles et se notent scientifiquement en mètre/mètre/°C . Ce CDT est mesuré par un dilatomètre. Sa valeur (par exemple 6,5×10-7 ) se note 6,5 par simplification. Plus sa valeur est haute, plus forte est l’expansion. Une argile ou une glaçure s’allonge de 2 à 5mm par mètre si on les échauffe de 500°C soit 5 à 10 microns /° C.
La compatibilité terre-émail
Les fissures surviennent à distance de la cuisson
Ta pièce sort du four, sans fissure. Hélas, quelques jours plus tard, après un séjour au réfrigérateur apparaissent des fissures. Celles-ci peuvent donc survenir plus tard, lors de contraintes thermiques au froid ou à la chaleur. Cela provient des variations d’expansion-contraction respectives de la terre et de la glaçure. La terre se dilate pendant la cuisson et se rétracte au refroidissement. La glaçure fond au cours de la cuisson et adhère au support de terre pendant le refroidissement.
L’interaction pâte-glaçure
Au cours de ces variations de température survient une interaction entre la terre et l’émail. Le plus souvent, ces variations sont sans effet visibles. Elles surviennent lorsque l’interaction terre-émail est trop forte, lorsque l’émail se dilate trop par rapport à la contraction de la terre. Les glaçures résistent mieux à l’effort d’une compression qu’à celui d’une traction. Le tressaillage provient d’une contrainte de traction trop élevée appliquée à la glaçure, c’est-à-dire lorsque le CDT de l’émail est trop élevé par rapport à celui de la pâte.
La compatibilité terre-émail
L’objectif du potier est d’avoir une compatibilité terre-émail. Pour cela, il faut que l’écart des CDT entre celui de la pâte et celui de l’émail soit le plus faible possible. S’il existe un écart, il faut que le CDT de l’émail soit inférieur à celui de la pâte. Des tolérances sont acceptables, évaluées à 10 à 15 points pour la faïence et à 1 à 5 points pour le grès et la porcelaine. Par exemple: pour un grès sablé PRAI avec un CDT de 56, un CDT de l’émail de 51 convient.
CDT des argiles : fiches techniques du fournisseur
Expansion thermique de l’argile: un phénomène compliqué
L’expansion thermique est un phénomène très compliqué. C’est le produit résultant de grains minéraux qui peuvent rester inchangés ou avoir fondu ou coulé ou encore avoir inter-agi pour créer un nouveau minéral.
C’est aussi le produit complexe de plusieurs facteurs tels que le degré de vitrification, la courbe de cuisson, la taille des particules, la forme des matériaux et la distribution des particules. Cette complexité de la microstructure conditionne son expansion thermique.
La fiche technique du fournisseur
En pratique, recherche le CDT de la pâte que tu utilises dans la fiche technique du fournisseur.
A titre d’exemple, voici ci-dessous les CDT des grès que j’utilise et qui sont données par le fournisseur:
PRAI 56, PRAF 56, PRNI 55, PRNG 50
En théorie, le CDT de ma glaçure doit être inférieur de à 1 à 5 points à celui de la pâte. Il faut donc qu’il soit compris entre 45 et 51.
Comment puis-je calculer le CDT de l’émail?
Calcul du CDT d’une glaçure
De quoi dépend l’expansion thermique de l’émail?
L’expansion thermique d’un émail dépend essentiellement de sa composition chimique. Le calcul fait intervenir les valeurs expérimentales sur la fraction molaire des oxydes. A titre d’exemple, voici l’action de quelques oxydes sur le CDT selon A.A. Appen entre 20 et 1300°C avec des CDT : K20 = 465, Na2O = 395, CaO = 130, MnO = 105, MgO = 60, Fe2O3 = 55, ZnO = 50, CoO = 50, Al2O3 = -30, SnO2 = -45 et = ZrO2 -60.
La composition chimique n’est pas seule en cause dans le CDT de l’émail
Certaines valeurs sont variables en fonction de la phase du matériau telles que SiO2 : 5 à 38, TiO2 : -15 à 30. Ainsi, la silice fondue (non cristalline) a un CDT proche de zéro lors du passage de la température de la pièce à 1093°C. Dans les mêmes conditions, le quartz minéral qui a la même composition chimique a une expansion importante de 1,5% ! Par comparaison, l’alumine fondue (à 1400°C) a un CDT de 0,9% et le zirconium à 0,8%.
En pratique, le calcul du CDT d’un émail est inutilisable
Comprendre le calcul du CDT de l’émail peut donner néanmoins une orientation au céramiste pour ajuster une glaçure en modifiant sa composition. Les glaçures ayant de hauts pourcentages en particules de quartz libre ont la plus haute expansion. Les porcelaines vitreuses (où le feldspath a dissous une bonne partie de la silice) et certains corps tels que la mullite ou la phyrophyillite ont les plus faibles expansions.
D’autres facteurs influencent le CDT de l’émail
Il faut compter aussi avec le degré de dissolution et d’homogénéité des différentes particules dans le mélange. Le degré auquel sont survenues la séparation de phases et la cristallisation au cours du refroidissement dans le four affectent également le CDT. Comprendre le CDT d’un émail spécifique est donc le résultat de l’ensemble des variables qui participent au CDT.
En pratique, ceci ne peut se faire qu’au cours du temps et avec de l’expérience .
C’est par des calculs de composition d’émail et des tests répétés que l’ajustement de l’émail à l’argile peut être démontré.
Interaction pâte-glaçure
Jusqu’ici, on a considéré les CDT de la pâte et de la glaçure séparément mais quelle est leur interaction?
La glaçure en fusion va dissoudre la pâte en partie. Il en résulte une couche intermédiaire tesson-glaçure. Sa composition et ses propriétés sont fonction de la composition respective des deux matériaux, de la courbe de température et de l’épaisseur de la glaçure. Plus cette couche est épaisse et plus les tensions du tesson sur la glaçure sont faibles. En enrichissant la glaçure en silice, on réduit sa dilatation et on diminue le risque de tressaillage. De même, la re-cuisson d’une pièce peut faire disparaître le tressaillage par enrichissement de la glaçure en silice au niveau de la couche intermédiaire.
Pour éviter l’écaillage, il faut préserver la couche intermédiaire en favorisant au maximum la fixation de la glaçure au tesson. Donc, prévoir de bien dépoussiérer le dégourdi avant de l’émailler.
Comment prévoir si une glaçure va tressailler?
Mon conseil: clique sur le lien smart2000.fr
En résumé: émaille une face d’une plaquette biscuitée bien plane et fait la cuire. Si elle se déforme, c’est que tu as un risque de tressaillage.