Kuruma ve Pişme Sırasında Çamurda Neler Oluyor?

Seramik çamurlarının kuruma ve pişme sürecinde geçtikleri aşamaları anlayabilmek, yaşanabilecek problemlerin çoğunu önlemeye yardımcı olur.

Pek çok seramikçi, özellikle yeni başlayanlar için, seramik çamurlarının kuruma ve pişme sürecinde geçtikleri aşamaları  anlayabilmek, yaşayabilecekleri problemlerin çoğunu önleyebilmelerine yardımcı olur. Bu süreci doğru anlamak, özellikle doğru kurutma ve pişirme programı yapabilmek için çok faydalıdır.

HAVADA KURUMA
Seramik çamuru, yaşken en az % 25 oranında su içerir. Çamur kurumaya başladığında bünyesindeki su buharlaşır. Bu süreçte, çamur parçacıkları birbirine yaklaşır ve küçülmeye neden olur. Çamur ile ilgili birçok problem, çamurda gerilim oluşturan dengesiz kurumadan oluşur. Bazen bu stres hemen çatlama ya da çarpılma olarak ortaya çıkar, ama bazen çamur pişene kadar ya da sonrasında bile ortaya çıkmaz. Bu nedenle kurumanın homojen olmasını sağlamak önemlidir. Bu, seramik parçanın tüm çeperlerinde eşit kalınlıklar sağlanarak, yavaş kurutularak ve hatta bazı kısımların kuruması yavaşlatılarak yapılır.

Farklı çamurların kuru haldeki mukavemetleri birbirinden farklıdır. Çok ince parçacık boyutuna sahip seramik çamurları, daha büyük parçacık boyutuna sahip olanlardan daha fazla küçülecektir. Porselen çamurları çok ince parçacık boyutlarına sahiptir, bu da onları çok plastik çamurlar yapar. Aynı zamanda küçülmeleri çok fazla olur. Bu çamurlar kuru haldeyken çok güçlüdürler. Ancak küçülme ve çatlamayı önlemek için plastik çamurlar çok yavaşça kurutulmalıdır. 

Heykel yapımında yaygın olarak kullanılan, şamotlu çamurlar çok az küçülürler. Şamot, pişirilmiş ve sonrasında çeşitli parçacık boyutlarına öğütülmüş kildir. Bu çamurların daha az küçülmelerinin sebebi, başlangıçta daha düşük su içeriğine sahip olmaları ve şamotun nemin yüzeye doğru kaçabileceği kanallar sağlamasıdır. 

Su buharlaşıp bünyeyi terk ettiğinde kalan tüm çamur parçacıkları birbiriyle temas eder ve kuruma küçülmesi tamamlanır. Buna deri sertliği denir. Ürün hala nemlidir ve kuruma tamamlanmamıştır. Ancak parçacıklar birbirlerine temas ettiğinden kurutma daha fazla küçülmeye neden olmaz.

FIRINDA ÖN KURUTMA
Kuru çamur her zaman bir miktar serbest su içerecektir, çünkü atmosfer nemlidir. Kurutma aslında seramik fırınında tamamlanır. Seramik ürün fırına yerleştirilip su kaynama noktası olan 100°C’yi geçene kadar tamamen kuruma gerçekleşmez. Kaynama noktasında (100°C) içeriğindeki tüm birleştirilmemiş su buharlaştırılacak ve daha sonra çamur tamamen kuru olacaktır. 
Bunun yavaş gerçekleşmesi çok önemlidir. Aksi takdirde çamurun içinde buhar oluşumu parçanın patlamasına neden olabilir. Bu nedenle, pişirim ilk 100°C’ye kadar daha yavaş ve buharın çıkması için fırının bacası açık olarak yapılmalıdır.

FIRINDA KURUTMA / DEHİDRATASYON
Pişme işlemi sırasında seramik bünyede meydana gelen bir sonraki değişim, çamurun kimyasal olarak birleştirilmiş suyunu kaybettiği nokta olan yaklaşık 350°C'dir. Bu su, çamurun moleküler yapısının bir parçasıdır. Daha önce tarif edilen çamur parçacıkları arasındaki su değildir. Bu kurutma yaklaşık 500°C’de tamamlanır. Bu noktadan sonra, kuruyan çamur suyla karıştırılarak yeniden yaş çamur haline getirilemez. Dehidratasyon olarak bilinen geri dönüşü olmayan bir kimyasal değişim meydana gelmiştir. 500°C’de çamur, fırına yerleştirildiği andan daha kırılgandır. Bu aşamada küçülme gözlenmez.

OKSİDASYON
Sıcaklık yaklaşık 900°C'ye ulaşıp sülfatlar ve karbon gibi organik maddelerin tümü yandığında oksidasyon tamamlanır. Bu süreçte açığa çıkan gazları solumamak gerekir. Bisküvi pişirimi sırasında bile, fırının iyi havalandırılması gerekir. Seramik ürün yeterli oksijene sahip olmalı ve çok hızlı bir şekilde pişirim yapılmamalıdır. Oksidasyon tamamlanmazsa, sır pişiriminde kabarmalara neden olabilir. 

KUVARS İNVERSİYONU
Dehidratasyondan sonra, pişme sırasında meydana gelen bir sonraki değişim, 573°C'de gerçekleşen “kuvars inversiyonu”dur. Tüm çamurlar, doğal olarak ya da ilave edilmiş serbest silika şeklinde kuvarslar içerir. Bu noktada kuvars kristalleri kendilerini biraz farklı bir düzende yeniden düzenler. Bu aşamada hacimde, yaklaşık %2, hafif ve geçici bir artış meydana gelir. Bu hacim değişikliği, çok az olmasına rağmen, ürünün hasar görmesine neden olabilir. Bu nedenle, pişirim sırasında parçaların etrafında her zaman biraz boşluk bırakmanız gerekir. Kuvars inversiyonu sırasında pişme yavaş ilerlemelidir. Pişirim sırasında fırın içinde kırılan ürünlerin büyük bir yüzdesi, bu kritik sıcaklıkta çok hızlı ısıtma ya da çok hızlı soğutma nedeniyle meydana gelir. Seramik fırınlarında ısı diagramı programlanırken bu nedenle 500°C – 600°C arası yavaş geçilmelidir.

VİTRİFİKASYON | SİNTERLEŞME
Pişirim sırasında bir sonraki aşama vitrifikasyondur. Bu, çamurun sertleşmesi, sıkışması ve son olarak kısmi camsılaşmasıdır. Vitrifikasyon, pişmiş çamura karakteristik sert, yoğun, dayanıklı ve kaya gibi özellikler kazandırır. Vitrifikasyon, çamurun çeşitli bileşenlerinin erimesinden kaynaklanır.
Pişen çamurun gücü, çamurun içinde yeni kristalleşmenin oluşması ve özellikle mullit kristallerinin büyümesi ile artar. Mullit, uzun iğne benzeri bir kristal ile karakterize edilen alüminyum silikattır. Mullit kristalleri bileşimlerine bağlı olarak, sıcaklık yükseldikçe büyüme eğilimindedir. Bunlar yapının birleşmesini sağlayarak güçlü bir şekilde bir araya getirir.

Seramik çamurları, bileşimlerine bağlı olarak çeşitli sıcaklıklarda vitrifiye edilir. İçeriğinde yüksek demir ve diğer yabancı maddeler olan kırmızı seramik çamurları, nispeten düşük bir erime noktasına sahiptir. Yaklaşık 1000°C’de sertleşir ve 1250°C’de eriyebilir. Yabancı maddelerden tamamen arındırılmış kaolin 1250°C’de hala su geçirgen olabilir ve  1800°C üzerine kadar erimeyebilir. Farklı sıcaklıklarda eriyen farklı tipteki çamur oranlarını karıştırarak, farklı pişirim sıcaklıkları için çamur çeşitleri geliştirilir.

Vitrifikasyon sırasında, füzyona yaklaştıkça parçacıkların küçülmüş boyutu ve camsı strüktürlerindeki parçacıkların daha yakın düzenlenmesi nedeniyle küçülme devam eder. Bir çamurun pişme küçülmesi, genellikle kuruma küçülmesi ile aynıdır. Vitrifikasyon derecesine bağlı olarak toplam küçülme yaklaşık % 8-12 olabilir.

ERİME
Eğer çok yüksek sıcaklıklara çıkarsanız, çamur önce şişer, sonra sıvılaşır, soğuyarak cam haline gelir. Seramikte o kadar yüksek derecelere çıkılmaz; ürünün deformasyonuna ya da erimesine izin vermeyecek, ancak dayanıklılık için yeterli ergime ve sertliğe sahip olduğumuz noktada durulur ve bu noktaya çamurun olgunlaşma noktası denir.

KAYNAKÇA
https://bigceramicstore.com/pages/info-ceramics-tips-tip31_clay_drying_firing.html
http://www.clt.astate.edu/wrowe/ceramics/clay/process.html