Materiali lapidei

ATMOSFERA DI COTTURA

COMBUSTIONE: combinazione dell’ossigeno presente nell’aria atmosferica con gli elementi C e H contenuti nei

“combustibili”:

 Abbondante presenza di ossigeno (buon ingresso di aria e quindi buon tiraggio, unito ad un combustibile

asciutto) LA COMBUSTIONE È COMPLETA (tutto il C e tutto l’H si combinano con l’ossigeno dell’aria).

2+

L’atmosfera che si sviluppa all’interno del forno è “ossidante” (O prevalente). Il Fe presente nell’argilla

3+

si ossida a Fe formando ematite (Fe O ). La ceramica ottenuta presenterà colore dal giallo al rosso-

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mattone.

 Tiraggio scarso e combustibile umido LA COMBUSTIONE È INCOMPLETA. L’atmosfera che si sviluppa

all’interno del forno è “riducente” (H e C, che sono gas riducenti, vengono ossidati solo parzialmente). Il

3+ 2+

Fe si riduce a Fe formando magnetite (Fe O ). La ceramica presenterà colore bruno scuro o nero.

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TRASFORMAZIONI CHIMICO-FISICHE IN COTTURA

 T ambiente - 200° C: eliminazione dell’acqua d’impasto residua e anche di gran parte dell’acqua

interstrato.

 300° - 600° C: combustione delle sostanze organiche (eliminate per la maggior parte sotto forma di CO ).

2

 450° - 800° C: decomposizione dei minerali argillosi e la liberazione dell’acqua chimicamente combinata. Il

caolino si trasforma in metacaolinite: Al2O3 2SiO2 2H2O ® Al2O3 2SiO2 + 2H2O

 700°-800° C: decomposizione dei carbonati eventualmente presenti con liberazione di CO 2 (CaCO > CaO +

3

CO ). Gli ossidi di calcio e magnesio residui si combinano con i relitti dei minerali argillosi, con il quarzo e

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con gli ossidi di ferro, dando luogo allo sviluppo di minerali di neoformazione (wollastonite, gehlenite,

diopside, anortite). Via via che dalla dissociazione dei carbonati si sviluppa in quantità crescente l’ossido di

calcio, le reazioni si intensificano, aumenta la cementazione dei granuli minerali e diminuisce la porosità.

L’emissione di CO e H O provoca la porosità dei prodotti cotti a questa temperatura (terrecotte).

2 2

Contemporaneamente gli ossidi metallici liberatisi reagiscono con SiO e Al O formando silicati

2 2 3

bassofondenti

 >1000° C: inizia la fusione dei feldspati; si forma un vetro che avvolge i granuli minerali ancora solidi e li

ravvicina tra loro, con conseguente annullamento della porosità e compattazione del prodotto. Si osserva

un ritiro del prodotto ceramico del 2-4%. Sopra 1000°C i silico-alluminati iniziano a rammollirsi e a fondere

formando un vetro (vetrificazione). A 1400°C la massa vetrosa risulta ben distribuita ed omogenea ed

impartisce al manufatto elevata durezza. A questa temperatura si cuociono i prodotti ceramici di maggior

pregio come le porcellane e le ceramiche dure.

La temperatura finale determina le proprietà del manufatto ceramico ed in particolare, si nota che, al crescere

della temperatura:

 la porosità diminuisce, rendendo il materiale più lucido,

 l’impermeabilità aumenta,

 la vetrificazione, cioè il passaggio ad una struttura vetrosa, aumenta,

 la resistenza meccanica aumenta,

 il volume diminuisce a seguito della contrazione delle particelle.

I due punti critici della cottura sono la temperatura e l’atmosfera. Per quanto riguarda la temperatura, si è visto

che al su o aumentare, si ottengono manufatti dalle caratteristiche diverse, sia in termini tecnologici, sia in termini

cromatici. Con atmosfera di cottura si intende per lo più la presenza o assenza di specie ossidanti quali l’ossigeno.

L’effetto dell’ossigeno, presente nell’aria per un terzo del totale, è quello di ossidare le sostanze minerali presenti

nel minerale argilloso e di degradare il materiale organico eventualmente presente fino a eliminarlo.

C + O CO

→

2 2

2+ 3+

Fe + O Fe

→

2 3+

In atmosfera ricca di aria (o ossidante) si ha quindi lo sviluppo del colore rosso dovuto al Fe ; in atmosfera povera

di ossigeno e ricca di vapore acqueo o monossido di carbonio (CO), un’atmosfera riducente, si ha invece la

formazione di colore nero dovuto al Fe2+ e all’incompleta combustione delle sostanze organiche

Fe O + CO FeO · Fe O (Magnetite)

→

2 3 2 3

DIFETTI IN COTTURA

CUORE NERO: fenomeno che produce una colorazione nerastra al centro del manufatto è dovuto a reazioni di

riduzione dei composti del ferro e delle sostanze organiche: infatti se l’ambiente di cottura è riducente, l’CO

proveniente dalla incompleta combustione delle materie organiche, non avendo a disposizione sufficiente O per

trasformarsi in CO , provoca in parte la formazione di C sotto forma di “grafite”. Quest’ultima, non riuscendo a

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bruciare completamente, produce la zona nerastra. Tale zona è spesso presente nei reperti archeologici,

soprattutto in quelli preistorici, nella ceramica cosiddetta domestica e nei manufatti dalla parete molto spessa.

I FORNI DI COTTURA ANTICHI

1.Trattandosi di costruzioni rudimentali, realizzate senza l’osservanza di regole tecniche precise, variano

profondamente per cui è ben raro trovarne due uguali.

2. Le fornaci che gli scavi hanno riportato alla luce sono quasi sempre notevolmente danneggiate e incomplete, per

cui risulta ben difficile poter risalire alla struttura originaria.

In generale, la cottura dei manufatti può avvenire a diretto contatto con il combustibile (“focolare all’aperto”)

oppure in un vano nettamente separato (“fornace vera e propria”).

TIPOLOGIE DI FORNACE

1. Cottura in superficie. 700 ºC.

2. Cottura in fossa. Migliore conservazione del calore.

3. Cottura coperta superficiale.

4. Cottura coperta in fossa.

5. Cottura coperta superficiale con ventilazione laterale.

6. Fornace coperta superficiale con ventilazione dal basso.

7. Fornace a camera doppia (I).

8. Fornace a camera doppia (II).

FOCOLARE ALL’APERTO

Termine adottato per indicare un’area circoscritta, a cielo libero e senza alcuna struttura fissa, dove i manufatti

fittili vengono cotti a contatto diretto con il combustibile incandescente. All’interno di una fossa poco profonda, i

manufatti da cuocere sono posti sopra uno strato di combustibile (rami secchi, canne, carbone di legna, o altro

materiale facilmente reperibile sul posto) e poi ricoperti da altro combustibile, insieme a zolle di terra, masserelle

di argilla, sterco bovino, etc., per assicurare un seppur minimo isolamento termico.

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Focolare all’aperto Le irregolarità nel tiraggio, la bassa temperatura e il calore non uniforme producono terrecotte

di basso livello qualitativo e provocano una notevole percentuale di scarti.

FORNACI

1. Minore dispersione di calore

2. Migliore controllo del tiraggio Manufatti qualitativamente migliori

3. Temperatura più elevata

Le fornaci usate nell’antichità sono:

 a funzionamento intermittente (intervallo di tempo tra una cottura e la successiva onde permettere il

carico e lo scarico dei manufatti)

 a fiamma diretta: i prodotti della combustione (gas caldi, fiamme, fumi, ceneri) penetrano dentro la

camera di cottura, circolando liberamente a contatto diretto con i manufatti da cuocere.

A seconda di come avviene la circolazione dell’aria comburente, si distinguono:

 fornaci verticali

 b. fornaci orizzontali

La fornace verticale è composta da una parte inferiore, ove avviene il processo di combustione (camera di

combustione), e da una parte superiore dove sono posti i manufatti da cuocere (camera di cottura). Dalla camera di

combustione il calore si propaga verso la sovrastante camera di cottura attraverso un piano forato. La camera di

cottura è munita di volta, che può essere temporanea (costituita da zolle erbacee e argillose) oppure stabile

(costituita da mattoni pieni) ed è provvista di aperture comunicanti con l’esterno attraverso cui avviene il tiraggio.

Sono rari i casi di fornaci riportate alla luce con la volta intatta.

Nella fornace orizzontale la camera di cottura è munita di volta chiusa, senza alcuna apertura, e il tiraggio avviene

attraverso il camino, costruito in fondo alla camera stessa. Dalla camera di combustione, sita all’ingresso della

fornace, i gas caldi si spingono naturalmente verso l’alto, ma non trovando alcuna possibilità di uscire sono

costretti a deviare verso il basso, richiamati dal tiraggio del camino situato in fondo alla fornace. Di conseguenza i

gas caldi e gli altri prodotti della combustione seguono nella camera di cottura un percorso grossomodo orizzontale,

prima di avviarsi all’esterno attraverso il camino. Nota in Oriente dagli albori della civiltà, la fornace orizzontale è

rimasta pressoché sconosciuta in Occidente sino ai tempi moderni.

FORNI DI COTTURA USATI NELL’INDUSTRIA CERAMICA MODERNA

Si tratta di forni continui costituiti da una galleria, percorsa dal prodotto in cottura. I bruciatori sono ubicati nella

parte mediana. I prodotti della combustione percorrono il forno in direzione dell’ingresso, e quindi in

controcorrente rispetto al materiale, provvedendo al suo preriscaldamento. La parte terminale del forno è la zona

di raffreddamento. La curva termica viene scelta tenendo conto delle trasformazioni che avvengono durante la

cottura e il ciclo, anche come durata, è stabilito in modo che venga assicurata una temperatura sufficientemente

omogenea all’interno di tutto il forno. I principali forni utilizzati sono:

 Forno a tunnel (a carrelli)

 Forno a rulli

 Forno a camera

APPLICAZIONE DEI RIVESTIMENTI

Un manufatto al quale non venga applicato alcun rivestimento dopo cottura prende il nome di “TERRACOTTA”. Si

tratta di un prodotto fortemente poroso, assolutamente privo di compattezza, dalla superficie grezza, ruvida e

opaca. Sin dai tempi più antichi i vasai hanno quindi cercato di rendere impermeabili i recipienti, ricoprendoli con

un rivestimento che al tempo stesso annullasse gli effetti della porosità e migliorasse l’aspetto estetico.

È indispensabile che argilla e rivestimento si dilatino durante la cottura e si restringano durante il raffreddamento

in maniera armonica, altrimenti il rivestimento si distaccherebbe dal sottostante corpo ceramico.

In molti prodotti ceramici la superficie è ricoperta con un rivestimento che ha lo scopo di migliorare l’aspetto

estetico (può