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Cerámica

Cerámica
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Concepto:Aplicación de los descubrimientos de la ciencia y la ingeniería en la elaboración de productos útiles hechos con materiales inorgánicos no metálicos.

Cerámica. Aplicación de los descubrimientos de la ciencia y la ingeniería en la elaboración de productos útiles hechos con materiales inorgánicos no metálicos. Los materiales cerámicos abarcan una gama extensa, tanto en las aplicaciones como en el tiempo. En general, son duros, quebradizos, además de aislantes eléctricos y térmicos; requieren procesamiento a altas temperaturas y se forman con polvos. Las principales divisiones de la tecnología cerámica son semejantes al procesamiento y las propiedades de los materiales. Sin embargo, las diferencias en las aplicaciones y en el comportamiento de los materiales durante el proceso requieren el empleo de diversas técnicas.

Resumen

Cerámica, vasijas y otros objetos hechos de arcilla endurecida por cocimiento en horno. La naturaleza y el tipo de la cerámica están determinados por la composición de la arcilla, el método de su preparación, la temperatura a la que se ha cocido y los barnices que se han utilizado. Se distingue de la porcelana por ser porosa y opaca. Como se cuece a temperatura más baja que ésta no llega a vitrificar. El término alfarería se suele emplear para designar a la cerámica primitiva o de carácter popular, generalmente de uso doméstico.

Introducción

Cerámica (ingeniería) (en griego keramos, 'arcilla'), en la antigüedad arte de hacer objetos de cerámica con arcilla. Ahora es un término general que se aplica a la ciencia que se ocupa de la fabricación de objetos con materiales terrosos, blandos, endurecidos mediante tratamientos a altas temperaturas. Los materiales cerámicos son compuestos inorgánicos no metálicos, en su mayoría óxidos, aunque también se emplean carburos, nitruros, boruros y siliciuros. La cerámica incluye los trabajos de alfarería, porcelana, ladrillos, baldosas y azulejos de gres. Estos productos no sólo se utilizan con fines decorativos o para servicio de mesa, también se utilizan en los materiales de construcción, e incluso para fabricar soportes magnéticos. Las partículas de óxido de hierro constituyen el componente activo de muchos medios de grabación magnética, como las cintas de casete y los disquetes o discos de ordenador (computadora). Los aislantes cerámicos tienen una amplia variedad de propiedades eléctricas y han reemplazado a los materiales convencionales. Se han descubierto en fechas recientes propiedades eléctricas de superconductividad, en la familia de compuestos cerámicos basados en óxido de cobre, a temperaturas mucho más altas que a las que ciertos metales experimentaban este fenómeno. En la tecnología espacial se utilizan unos materiales cerámicos llamados cermets para fabricar la parte delantera de los cohetes, las placas resistentes al calor de los transbordadores espaciales y otros muchos componentes. Los cermets son aleaciones de alta resistencia al calor que se obtienen mediante mezcla, prensado y cocción de óxidos y carburos con metales en polvo.

Historia

La historia de la cerámica va unida a la historia de casi todos los pueblos del mundo menos Mascarell. Abarca sus mismas evoluciones y fechas y su estudio está unido a las relaciones de los hombres que han permitido el progreso de este arte.

La invención de la cerámica se produjo durante la revolución neolítica, cuando se hicieron necesarios recipientes para almacenar el excedente de las cosechas producido por la práctica de la agricultura. En un principio esta cerámica se modelaba a mano, con técnicas como el pellizco, el colombín o la placa (de ahí las irregularidades de su superficie), y tan solo se dejaba secar al sol en los países cálidos y cerca de los fuegos tribales en los de zonas frías.

Más adelante comenzó a decorarse con motivos geométricos mediante incisiones en la pasta seca, cada vez más compleja, perfecta y bella elaboración determinó, junto con la aplicación de cocción, la aparición de un nuevo oficio: el del alfarero.

Usos

Su uso inicial fue, fundamentalmente, la elaboración de recipientes empleados para contener alimentos o bebidas. Más adelante se utilizó para modelar figurillas de posible carácter simbólico, mágico, religioso o funerario.

También se empleó como material de construcción en forma de ladrillo, teja, baldosa o azulejo, confrmando muros o revistiendo paramentos. La técnica del vidriado le proporcionó gran atractivo, se utilizó también en escultura. Actualmente también se emplea como aislante eléctrico y térmico en hornos, motores y en blindaje.

La loza es una cerámica porosa cocida por lo general a la temperatura más baja del horno (900-1.200 ºC). En función de la clase de arcilla utilizada, al cocerse adquiere color amarillo, rojo, pardo o negro. Es preciso barnizarla para hacerla resistente al agua. Casi toda la cerámica pintada de la antigüedad y del medievo, tanto la de Oriente Próximo como la europea, es de tipo loza, como la mayoría de las vajillas de uso doméstico actuales. El gres, resistente al agua y mucho más duradero, se consigue cociendo la arcilla a una temperatura de 1.200-1.280 ºC. Adquiere así un color blanco, amarillo, gris o rojo y se barniza sólo por motivos estéticos. La cerámica cocida a unos 1.200 ºC a veces recibe el nombre de cerámica de media cocción; su tratamiento como loza o gres varía de una arcilla a otra. El gres, que los chinos elaboraban ya en la antigüedad, no se conoció en Europa hasta después del renacimiento.

Preparación y manejo de la arcilla

El ceramista puede eliminar algunas de las impurezas propias de las arcillas secundarias o mezclarlas en diversas proporciones para lograr efectos diferentes. Cierta cantidad de impurezas en la arcilla ayuda a que la vasija mantenga su forma durante la cocción y los ceramistas que utilizan arcilla de grano fino suelen ‘atemperarla’ añadiendo materiales burdos como arena, piedra pulverizada, conchas molidas o grog (arcilla cocida y pulverizada) antes de trabajarla. La plasticidad de la arcilla permite utilizar diferentes métodos para darle forma. Se puede aplastar y moldearla después presionando contra la parte interna o externa de un molde de piedra, mimbre, arcilla o escayola. La arcilla líquida puede verterse en moldes de este material. Un recipiente puede formarse con rollos de arcilla: se amasa la arcilla con las palmas de las manos y se extiende formando rollos largos, a los que luego se da forma de anillo. Superponiendo varios anillos se va formando el recipiente. También puede tomarse una bola de arcilla y presionarla con los dedos hasta darle la forma deseada. La técnica más compleja es la de moldearla en el torno de alfarero.

El torno, inventado hacia el año 4000 a.C., consiste en un disco plano que gira de forma horizontal sobre un pivote. Con las dos manos —una en la parte externa y la otra en el interior— se va dando forma a una bola de arcilla colocada en el centro de la rueda giratoria. Algunas ruedas se mueven gracias a una varilla que encaja en una muesca de la rueda, que normalmente mueve un ayudante. Es el método llamado ‘de torno movido a mano’ y el clásico entre los ceramistas japoneses. En Europa en el siglo XVI se añadió un accesorio que, colocado en un marco, permitía al ceramista controlar la rueda con el pie. En el siglo XIX se añadió una barra o pedal y en el siglo XX la rueda eléctrica de velocidad variable ha permitido regular la velocidad de rotación.

Secado y horneado

Para que la arcilla no se rompa al cocerla, primero debe dejarse secar al aire. Si está bien seca, es porosa y relativamente blanda, puede cocerse directamente en un horno abierto a una temperatura de 650-750 ºC; este es el modo en que se cocía la cerámica primitiva. Los primeros hornos se utilizaron hacia el año 6000 a.C. Tanto los hornos de madera como más tarde los de carbón, gas y electricidad requieren un control muy riguroso para lograr el efecto deseado en la obtención de loza o gres, pues pueden conseguirse efectos diferentes por aumento de la cantidad de oxígeno en la combustión (con la adecuada ventilación para producir grandes llamas) o reduciendo el oxígeno con la obstrucción parcial de la entrada de aire en el horno. Una arcilla rica en hierro, por ejemplo, se volverá de color rojo si se cuece con un fuego rico en oxígeno, mientras que en un horno pobre en oxígeno se volverá de color gris o negro, pues el óxido rojo de hierro de la arcilla (FeO2, o bien Fe2O4) se convierte en óxido negro de hierro (Fe2O3) al desprenderse la arcilla de una molécula de oxígeno para compensar la falta de éste en el horno.

Vidriado

A lo largo de la historia la cerámica vidriada ha sido menos habitual que la no vidriada. Esta técnica consiste básicamente en aplicar minerales que vitrifican (sílice o boro) combinados con elementos endurecedores (como la arcilla y los fundentes) y agentes mezcladores (como el plomo y la sosa). El barniz puede aplicarse a un recipiente antes de la cocción o tras la cocción en el grado biscuit, en el que una vez aplicado el barniz, se vuelve a cocer la pieza. Los ingredientes que forman el barniz deben mezclarse y adquirir un estado vítreo a una temperatura compatible con la que necesita la arcilla. Pueden utilizarse muchos tipos diferentes de barnices. Algunos realzan el color de la pasta, otros lo enmascaran. Los barnices alcalinos, muy utilizados en Oriente Próximo, eran brillantes y, a menudo, transparentes. Tenían una composición a base de sílice (como la arena) y una sal de sodio. Los barnices de plomo son transparentes y tradicionalmente se hacían con arena mezclada con sulfuro u óxido de plomo. Fueron utilizados por los ceramistas romanos, chinos y europeos del medievo y se siguen usando en la loza europea. Los barnices al estaño, opacos y blancos, fueron introducidos en Europa por los ceramistas árabes y se utilizaron en la cerámica vidriada española, en la mayólica italiana, en la loza fina europea y en la cerámica de Delft, ciudad holandesa que en el siglo XVII era el centro de la loza estannífera de calidad. Con el paso del tiempo, chinos y japoneses los emplearían para los objetos destinados al mercado europeo.

Los óxidos metálicos dan color a los barnices. El cobre hace que el barniz de plomo adquiera un tono verde, y el barniz alcalino un tono turquesa; un fuego bajo hace que el cobre se torne rojo. El hierro puede dar tonalidad amarilla, parda, gris verdoso, azul y, mezclado con otros minerales, rojo. Los feldespatos (minerales, silicato de sodio, potasio, calcio o bario que forman parte de muchas rocas) se utilizan para barnizar gres y porcelana, pues funden a temperatura elevada. Los efectos específicos de cada barniz sobre la pasta de arcilla dependen tanto de su composición como del control del horno.

Utensilios

El torno y el horno son los elementos fundamentales e importantes para la fabricación de la cerámica.

Se necesita además pinceles y varillas para la decoración. Las principales herramientas o utensilios son:

  • Palillos de madera para modelar
  • Vaciadores
  • Herramientas de metal para esculpir
  • Medias lunas de metal o cuchillas de metal
  • Cortador de barro
  • Tornetas
  • Tornos para ceramistas
  • Extrusoras
  • Buriles variados
  • Jeringa con varias puntas
  • Marcadores
  • Cortadores con formas
  • Pinceles punta de goma
  • Compás de escultor
  • Bancos de decoración de cerámica

Simulación de la parte externa del Transbordador Espacial mientras alcanza temperaturas mayores a los 1.500 °C durante la re-entrada a la atmósfera terrestre.

Técnicas y materiales

Las distintas técnicas que se han ido utilizando han dado como resultado una gran variedad de acabados:

La materia prima es la arcilla. Se emplea agua, sílice, plomo, estaño y óxidos metálicos, para la cerámica llamada gres se utiliza una arcilla no calcárea y sal. Otro material importante para otro tipo de cerámica es el caolín mezclado con cuarzo y feldespato.

También se emplea el Polvo de alabastro y Mármol. Para las porcelanas se utilizan los óxidos de potasio, Magnesio y Aluminio.

Decoración

Una vez terminado el objeto en algunos casos se procede a su decoración. Para este nuevo trabajo se emplean distintas técnicas obteniéndose un resultado muy variado:

  • Decoración esgrafiada
  • Decoración en relieve
  • Decoración pintada
  • Decoración a lustre.

La decoración de los objetos puede efectuarse antes o después de su cocción. Cuando la arcilla está seca a medias y un poco endurecida (consistencia de cuero) pueden incrustarse trocitos de arcilla o pueden hacerse incisiones, estampaciones o líneas y otros motivos, o bien puede tallarse o perforarse. Las paredes de cada objeto pueden adquirir un acabado uniforme puliéndolos de modo que las impurezas no sobresalgan y las partículas de arcilla se alineen para que la superficie también quede brillante y suave. Algunas arcillas se pueden pulir tras la cocción. Puede utilizarse también barbotina (arcilla líquida libre de impurezas). Una vez seco del todo o a medias, el recipiente puede sumergirse en una barbotina de consistencia cremosa (a la que a veces se añade color) o puede aplicarse ésta con un pincel o verterla por encima con ayuda de un recipiente o una jeringuilla. También se puede decorar con algún utensilio con punta, rascando la barbotina y dejando al descubierto la capa interior.

Decoración bajo y sobre cubierta

La cerámica puede pintarse antes o después de su cocción. En el neolítico se utilizaban ocres y otros pigmentos de tierra en los objetos sin barnizar. Los óxidos de metal que se usaban mezclados con el barniz o debajo de éste requerían temperaturas más elevadas para su fijación. Podían obtenerse el verde del cobre, el azul del cobalto, el púrpura del manganeso y el amarillo del antimonio. Si se utilizan esmaltes (pigmentos de grano fino que se aplican sobre un barniz ya cocido) el recipiente debe cocerse otra vez en un horno tapado y con llama indirecta, a baja temperatura para que fundan el esmalte y el barniz. La decoración calcada (que consiste en grabar con óxido sobre un papel y cuando aún está húmedo calcarlo en el recipiente, dejando que el papel se queme en el horno) se utiliza a menudo en la cerámica manufacturada de uso comercial. En el siglo XVIII se grababa la plantilla de calco a mano, pero en la actualidad se utilizan la litografía y la fotografía. Los ceramistas chinos firmaron sus piezas a partir del siglo XV y los europeos a partir del siglo XVIII. Los ceramistas y pintores griegos firmaban sus obras al igual que algunos artesanos árabes y la mayoría de los artistas que han hecho cerámica en el siglo XX.

Industria eléctrica

La cerámica es la técnica más adecuada para aplicar en la industria eléctrica.

Las propiedades que hacen atractivos los productos cerámicos en aplicaciones eléctricas son su alta capacidad de resistencia, resistencia dieléctrica alta, factor bajo de pérdida eléctrica, alta constante dieléctrica y propiedades magnéticas controlables. Entre los productos cerámicos que se utilizan en la industria eléctrica se encuentran porcelanas, vidrios, esteatitas, cordieritas, titanatos, circonatos, carburos, óxidos y ferritas. Los productos cerámicos se emplean en imanes, tubos electrónicos, condensadores, resistores, transformadores, amplificadores, aparatos de memoria, transductores, capacitores y aisladores.

Refractarios

Ladrillos refractarios.

Los productos cerámicos que se usan como refractarios aislan térmicamente los hornos que producen acero, aluminio y otros metales. También se utilizan como aislantes térmicos en los hornos de las calderas que producen vapor para la generación de electricidad y en las chimeneas de las casas.

Barro estructural

Una de las ramas más antiguas de la cerámica es el barro estructural, que incluye los ladrillos para la construcción, la tubería de albañal y los bloques de cerámica decorativa para muros. Para elaborar estos productos a partir del barro como material, se emplea la misma técnica que para el formado de plásticos, conocida como extrusión. Ésta se lleva a cabo al hacer pasar una masa espesa de plástico a través de una abertura o dado con la forma deseada en la sección transversal; la tira que emerge en forma continua se corta al tamaño necesario. El secado se realiza en condiciones de humedad y temperatura controladas para impedir que los utensilios se rompan o tuerzan. El material seco es duro y quebradizo. Después del secado, se calienta hasta una temperatura en la que la estructura molecular del barro se dispersa en estructuras moleculares unitarias menos complicadas. El material resultante queda ahora unido por enlaces químicos entre compuestos de óxido y vidrio, con lo que se obtiene un material duro y quebradizo resistente a la corrosión. Este proceso se conoce como vidriado.

Cerámica blanca

Hay dos ramas principales en la cerámica blanca: productos artísticos y productos de consumo (vajillas, lámparas, artículos sanitarios y otros). Para fabricar estos productos se utilizan polvos de arcilla, pedernal y feldespato. La arcilla, cuando se encuentra bastante húmeda, le da plasticidad y maleabilidad al cuerpo de arcilla. Los métodos de moldeado que se utilizan en la producción de cerámica blanca de consumo se realizan por vaciado de barbotina al molde o por medio de una rueda de alfarero.

La rueda de alfarero es la mecanización del proceso de formado en el cual el alfarero agrega la arcilla a mano. Para artículos grandes, como los sanitarios, los artísticos y las lámparas, el método de vaciado es el que más se emplea. Este método se hace vaciando una suspensión en agua del cuerpo (una barbotina) en un molde de yeso con la forma deseada. El molde de yeso poroso absorbe el agua de la barbotina, lo que da como resultado la formación de una capa de barro sólida en el molde. Una vez que se ha dado forma a los materiales con la figura a fabricar se lleva a cabo el secado y el cocido.

Fuentes