Qu’est-ce que la porcelaine et comment est-il fait

La porcelaine est un matériau omniprésent, connu dans le monde entier pour sa durabilité, sa polyvalence et son attrait visuel. Il est fabriqué à partir d’une sélection de matériaux - mais souvent y compris kaolin. Kaolin et une large gamme d’autres minéraux et matériaux sont disponibles chez African Pegmatite, qui combinent la sélection la plus large, la portée la plus éloignée et le plus d’expérience pour fournir le bon produit au bon moment.

La porcelaine est le nom d’une série de céramiques qui sont faites en chauffant leurs matériaux constitutifs dans un four à des températures comprises entre 1.200 et 1.400 °C, et contiennent souvent
kaolin
. La porcelaine peut être regroupée en trois types distincts : pâte dure, pâte molle et porcelaine d’os. Ces trois groupements sont basés sur la composition de la pâte utilisée pour les fabriquer et la température à laquelle ils ont été tirés. Les céramiques en porcelaine sont remarquables pour leur force et leur coloration blanche - bien que les articles prennent bien les glaçures et les pigments. La dureté du matériau provient du processus de vitrification et de la formation de mullite pendant le processus de chauffage dans le four(1). La porcelaine est souvent considérée comme la céramique supérieure, en raison de sa force et de sa délicatesse, mais elle est beaucoup plus difficile à fabriquer que la faïence ou le grès. La porcelaine est imperméable, dure, très résistante aux chocs thermiques et chimiques, translucide (selon l’épaisseur) et très forte.

Fabrication de porcelaine

Comme toutes les autres céramiques, le processus de fabrication de la porcelaine est simple. L’argile est mélangée à des additifs, façonnée puis cuite dans un four. La seule chose qui diffère pour la porcelaine est l’identité des matériaux constitutifs, la température du four et, surtout, la formation de mullite.

La formation de mullite

L’une des phases clés de la fabrication de porcelaine est la formation in situ de mullite(2). Mullite est un matériau aluminosilicate et en fonction de la stoichiométrie, a la formule 3Al2O32SiO2 et 2Al2O3 SiO2. C’est un minéral très rare dans le sol, mais il est entendu qu’il se forme à environ 1100 °C à partir de matériaux de type feldspath et kaolin pendant le processus de cuisson du four.

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Matériaux constitutifs

La porcelaine est faite à partir d’un mélange chauffé de silice, d’argiles,
de feldspath
et de matériaux en silex de petites tailles de particules. Ces matériaux sont combinés dans des proportions variables - jusqu’à ce qu’ils atteignent leurs propriétés cuites et non cuites - pour former différents types de porcelaine. Jetons un coup d’oeil à ces matériaux l’un après l’autre.

Argile: En général, la composition exacte de l’argile dépend habituellement de l’endroit où elle est extraite. Pourtant, l’argile aurait souvent des propriétés étroitement liées indépendamment de l’endroit où il est obtenu. Par exemple, toutes les argiles vitraux seulement à des températures élevées. La seule exception est lorsque le seuil de vitrification a été abaissé par l’ajout de certains matériaux. En outre, les argiles cuites ont tendance à ajouter une contribution réfractaire au produit fini. Tout comme c’est avec le verre, ils tiennent leur forme lorsqu’ils sont chauffés. La porcelaine combine donc la faible porosité du verre avec la capacité de l’argile à conserver sa forme. Par conséquent, sa popularité pour l’utilisation domestique. Généralement, l’argile utilisée pour la fabrication de porcelaine sont l’argile de boule et de porcelaine, et elles sont composées principalement de silicate d’aluminium hydrous et de kaolinite.

Feldspar: Ce matériau est composé principalement de silex et de silicate d’aluminium. Flint est un type de quartz dur utilisé comme un flux dans un mélange de porcelaine. Les flux peuvent être utilisés pour réduire la température à laquelle le verre liquide est formé, généralement à environ 1000 à 1300 oC. Dans cette phase liquide, les grains utilisés pour former la porcelaine se lier fermement ensemble par vitrification.

Silice: La silice est un composé chimique formé par une combinaison de silicium et de gaz d’oxygène; deux des éléments les plus abondants sur terre. Il existe naturellement sous des formes cristallines, amorphes et impures, comme on le voit respectivement dans le quartz, l’opale et le sable. De tous les types de remplissage, la silice est la plus couramment utilisée pour tirer le corps en porcelaine. Mis à part faciliter la cuisson et la formation du corps, il aide également à améliorer les propriétés physiques du produit final.

Pierre de Chine : Utilisée dans la fabrication de porcelaine osseuse (voir ci-contre), la pierre de porcelaine est une forme de granit riche en feldspath partiellement kaolinisée qui ne porte pas de fer. Souvent coloquée de kaolin, sa composition minérale comprend le mica, le quartz et le feldspath. La similitude de la pierre de chine au petuntse - qui est employé pour faire la porcelaine dure de pâte - est vraisemblablement la raison pour laquelle elle est devenue un composant clé de la porcelaine d’os.

Kaolin: Kaolin est un minéral argileux portant la formule générale Al2Si2O5(OH)4. Il est formé à partir de l’altation d’autres matériaux d’aluminosilicate et est d’une couleur blanche. Il est utilisé dans la plupart des céramiques modernes.

Cendres osseuses: Les cendres osseuses sont les os calcinés, broyés et finement en poudre des animaux, utilisés dans la fabrication de porcelaine. La cendre osseuse typique se compose d’environ 56% par l’oxyde de calcium de poids, 42% de pentoxide de phosphore avec l’équilibre étant l’eau. La formule généralement convenue pour les cendres osseuses est Ca5(OH)(PO4)3. Le processus de calcination a lieu à environ 1000 °C. La cendre d’os est employée dans la pâte molle et les porcelaines de porcelaine d’os, elle a l’effet de remplacer le petuntse des pastes dures(3). Les cendres osseuses ont d’autres applications dans les domaines de la métallurgie, de l’usinage et des engrais.

Dans certains cas, la porcelaine peut contenir des alétines à faible teneur en alcalin contenant des corps comme la pierre à savon ou l’alumine.

kaolin blanc utilisé dans les appareils de salle de bains
ware en terre

Processus de fabrication de porcelaine

Ayant sélectionné les matières premières requises et en prenant les quantités requises par poids, elles sont faites pour subir un certain nombre d’étapes préparatoires. Pour commencer, ils sont écrasés, puis purifiés. Après cela, ils sont mélangés avant d’être soumis à plusieurs processus de formation. Le processus de formation pourrait être n’importe lequel de pressage, moulage, formation en plastique rigide ou formation en plastique souple. Le choix du processus de formation dépendrait habituellement du type d’articles de porcelaine à produire. Après avoir formé le corps en porcelaine, il est ensuite tiré après quoi il peut être vitré. Le vitrage est le processus de tir sur un corps en céramique une couche de verre décoratif. Enfin, la porcelaine est alors tirée. Certaines porcelaines sont formées et cuites de telle sorte qu’elles sont appelées «bisque», c’est-à-dire qu’elles n’ont pas la coloration blanche traditionnellement associée.

En résumé, le processus de fabrication de la porcelaine implique le concassage des matériaux à utiliser, le nettoyage et le mélange de ces matériaux, le processus de formation du corps, la cuisson, puis le vitrage et le re-tir si nécessaire.

Types de porcelaine

Il existe trois grandes classes de porcelaine, basées sur le type de pâte utilisé pour les fabriquer. Ceci informe à son tour la température de cuisson et donc le résultat et l’application finale de l’article.

Comparaison des types de porcelaine (4,5)

type Pâte dure Pâte molle Porcelaine d’os
origine Chine, circa. 7ème au 8ème siècle CE Europe continentale, XVIIe au XVIIIe siècle de notre vie Grande-Bretagne, XVIIIe siècle de notre vie
Matériaux clés Petuntse, kaolin Argile de boule, cendre d’os, silex, quartz, pierre à savon Kaolin, frêne d’os, pierre de porcelaine
Température de cuisson 1 400 °C 1 100 à 1 250 °C 1 200 à 1 250 °C
Propriétés caractéristiques Solide avec une excellente résistance aux fissures et une tolérance à la chaleur Plus doux et plus facile à travailler avec - mais plus sujettes à la rupture et l’effondrement pré-tir Les plus hauts niveaux de force, de blancheur et de translucidité

Pâte dure

La porcelaine de pâte dure est la céramique originale de porcelaine et originaire de Chine. Une combinaison de pétunse et de kaolin, tiré à 1400 °C faisant un matériau incroyablement fort qui allait rapidement devenir l’envie du monde. La porcelaine d’exportation chinoise était un produit très apprécié en raison de sa force, de sa durabilité et de son attrait visuel. Petuntse est un terme large pour une variété de roches feldspathiques qui ont subi une sorte de processus de décomposition géologique. Les formulations typiques étaient des quantités égales de petuntse et de feldspath pour la porcelaine de qualité supérieure, avec deux tiers de petuntse à un tiers de feldspath utilisé pour la porcelaine normale.

Pâte molle

Originaire de France, la porcelaine en pâte molle a été produite dans le but d’imiter la porcelaine d’exportation chinoise. Alors que la pâte molle est mécaniquement plus faible que la pâte dure (bien que leurs applications soient en grande partie les mêmes), la pâte molle ne nécessite pas les températures élevées dans le four, ne nécessitant que 1 100 à 1 250 °C. Loin d’être un ensemble d’ingrédients coupés clairement, la porcelaine pâte molle contient un large mélange de composants, y compris les cendres osseuses, le silex, l’argile à billes, la pierre à savon et le quartz. Le nom vient de la pâte tendre Français, seréférant à sa facilité de travail par rapport à la pâte dure.

Porcelaine d’os

Produite à l’origine en Grande-Bretagne à partir du XVIIIe siècle, la porcelaine osseuse est une porcelaine qui contient plus de 30 % de phosphate provenant d’os d’animaux et/ou de phosphate de calcium provenant d’autres sources. La clé du succès de la porcelaine d’os est la pierre de porcelaine (souvent appelée à tort argile de porcelaine, qui est un autre nom pour kaolin/kaolinite, le matériel qu’elle est située à côté), qui est une forme partiellement kaolinisée et riche en feldspath de granit qui n’a pas de fer. Sa découverte en tant que minéral viable signifiait qu’une alternative viable à la porcelaine pâte dure était maintenant disponible - la porcelaine d’os et la porcelaine pâte dure partagent de nombreuses caractéristiques. Une grande partie de l’utilisation de la porcelaine d’os est dans la vaisselle haut de gamme et les matériaux décoratifs. Les formulations traditionnelles étaient 50% de cendres osseuses, 25% de kaolin et 25% de pierre de porcelaine.

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Sous-types de porcelaine

Il existe différents sous-types de porcelaine, dont certains comprennent la porcelaine d’alumine, la porcelaine vitro et la porcelaine feldspath:

Porcelaine d’alumine

La porcelaine d’alumine a une méthode de production semblable à la porcelaine de feldspath. La principale différence est qu’il est mélangé avec de l’aluminium qui est pensé pour améliorer sa durabilité. Cependant, avec cette augmentation de la durabilité vient une diminution de la translucidité.

Porcelaine vitro

Son origine remonte à l’Amérique. Il a un ton blanc plus chaud que la porcelaine feldspath. Il est très durable et un peu transparent. Dans son processus de production, il est pré-tiré à une température (800 ºC), un peu plus bas que la porcelaine ordinaire et une autre cuisson se fait à 1.230 - 1.250 ºC.

Porcelaine de Feldspar

La porcelaine Feldspar a été produite dès les années 1700 lorsque les Européens ont essayé d’imiter la porcelaine chinoise. Ce type de porcelaine est blanc avec un ton légèrement bleu que la porcelaine standard. Il est également légèrement translucide en raison du pourcentage élevé de phase de verre dans sa structure. Il est incroyablement durable et est tiré à une température d’environ 1.300 - 1.400 ºC. La porcelaine de Feldspar est continue avec la porcelaine douce de pâte.

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Utilisations de porcelaine

Matériaux de construction

La porcelaine est largement utilisée comme une forme de matériau de construction, en particulier pour les finitions de plancher. Fondamentalement, il existe deux types de tuiles de porcelaine utilisées dans les bâtiments. Ils sont, à savoir les carreaux de porcelaine vitrés et pur-corps. Les carreaux de porcelaine vitrées sont des carreaux avec une finition glaçure sur le dessus. Le glaçage est généralement ajouté pour ajouter de la couleur et la finition à la tuile. Ces types de tuiles sont généralement utilisés à des fins décoratives en raison de leur finition fine et la décoration plutôt que pour des fins plus pratiques.

En revanche, les carreaux de porcelaine corsés ne sont pas d’aucune forme de glaçure sur leur dessus. Ils sont principalement utilisés pour les planchers, les murs et les comptoirs car ils n’ont pas de glaçures qui pourraient être facilement érodés de l’abrasion et de l’utilisation constante.

Les carreaux de porcelaine peuvent être utilisés pour les planchers dans les zones à fort trafic comme dans les centres commerciaux en raison de la dureté et la dureté des matériaux. Ils sont généralement non poreux et non absorbants. Par conséquent, ils peuvent être utilisés pour les planchers et les surfaces qui sont régulièrement exposés à des bactéries.

Isolation électrique

C’est l’un des usages les plus courants de la porcelaine. En plus d’être résistants aux chocs thermiques, ils sont également de bons isolants et sont utilisés dans les zones à haute tension. Ils sont également utilisés dans l’isolation des antennes, ainsi que dans les terminaux à câble à haute tension. La société américaine de céramique suggère même qu’ils sont une partie essentielle des composants électroniques qui assurent le bon fonctionnement des appareils de télécommunication comme les smartphones et les ordinateurs. La porcelaine peut se comporter d’une manière supérieure aux isolations électriques de type polymère - mais vient à un coût plus élevé(6).

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médicament

Cela pourrait surprendre quelques-uns; cependant, la porcelaine est également utilisée en médecine. Il est utilisé en dentisterie pour faire des vestes en porcelaine autrement connu sous le nom de casquettes et couronnes. Une veste en porcelaine est utilisée en dentisterie pour protéger la surface d’une dent faible ou cassée. Il est généralement recommandé pour la reconstruction des dents qui ont été soit ruiné par de grands trous et la pourriture ou ont déjà été brisés. Dans certains cas, ils sont utilisés pour aider à remodeler, blanchir ou aligner mieux les dents existantes. Il est impératif de noter qu’ils sont similaires à une dent naturelle et pour cette raison sont utilisés pour les dents antérieures. La porcelaine dans les arrangements dentaires est citée pour sa dureté mais également la force flexurale relative une fois vitrée(7). Un examen plus large sur l’utilisation de la porcelaine sur les milieux médicaux est ici(8).

art

Malgré son utilisation comme matériau utilitaire, l’élégance et la beauté de la porcelaine en font un choix intéressant de matériel d’art. Dans les temps anciens, les gens ont découvert que les apartés étant d’une beauté exquise et élégant dans la conception, les objets en porcelaine étaient également durables. Par conséquent, la porcelaine a été utilisée pour les objets de collection. Dans les temps modernes, ils sont collectés comme des trésors et vendus pour des sommes énormes.

Les trésors anciens comme les brûleurs d’encens utilisés dans les cérémonies sacrificielles ou les figures funéraires des cimetières sont maintenant recueillis comme trésors et entreposés dans des musées ou vendus à des prix énormes.

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Décoration

La porcelaine peut également être utilisée pour la fabrication d’objets décoratifs. Certains de ces objets sont utilisés autour de la maison tandis que d’autres peuvent servir de souvenirs et d’articles-cadeaux. De nombreux bibelots et statues échangés entre les nations ont été fabriqués à partir de porcelaine.

Ustensiles ménagers

C’est l’une des premières utilisations de la porcelaine. Ce matériau céramique a été utilisé à l’époque pour fabriquer des marchandises de cuisine utilisées pour la préparation et la vaisselle des aliments. On a découvert que les ustensiles et les plats en porcelaine étaient imperméables, faciles à nettoyer et à réutiliser et étaient durables lorsqu’ils étaient chauffés. Leur utilisation est maintenant allé au-delà des marchandises de cuisine à la fabrication d’autres articles ménagers comme les presse-papiers et les détenteurs de stylos.

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Utilisation en laboratoire

En raison de la durabilité de la porcelaine et de sa résistance électrique, la porcelaine est utilisée pour la fabrication de matériaux et d’équipements de laboratoire. Par exemple, ils sont utilisés pour fabriquer des marchandises dans un laboratoire chimique en raison de sa force, de sa durabilité et de sa capacité à résister aux attaques chimiques.

Résumé

  • La porcelaine est un matériau céramique fabriqué en chauffant ses matériaux constitutifs - souvent l’argile et le kaolin - entre 1 200 et 1 400 °C dans un four
  • Les matériaux en porcelaine sont connus pour leur force, harnais et imperméabilité parmi beaucoup d’autres caractéristiques
  • Il existe de nombreux types de porcelaine - ceux-ci dépendent du type de pâte utilisée pour faire la céramique et quels autres additifs il peut contenir
  • Matériau omniprésent dans le monde moderne, la porcelaine trouve des usages dans les matériaux de construction et l’isolation électrique jusqu’aux assiettes et objets d’art

La porcelaine est un nom pour un groupe de matériaux céramiques fortement liés et largement utilisés qui contiennent souvent du kaolin. En tant que partenaire industriel privilégié, l’usine africaine pegmatite, transforme et fournit la plus large gamme de minéraux pour l’industrie céramique - y compris kaolin de qualité supérieure pour les applications les plus exigeantes.

Feldspath
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Références

1 W. E. Lee et coll., J. Eur. Ceram. Soc., 2008, 465

2 G. V. White et coll., J. Eur. Ceram. Soc., 1996, 16, 115

3 Céramique industrielle, 1989, 843, 767

4 F. Singer et S. S. Singer, Industrial Ceramics, Chapman Hall, Londres, 1963

5 W. Burton, Porcelaine : sa nature, art et fabrication,Batsford, Londres, 1906

6 M. Shah et coll., Élus de l’IEEE. Isolez. revue., 1997, 13, 5

7 S. Prosad et coll., J. Prosth. dentiste., 2009, 101, 20

8 A. S. Vlasov et T. A. Karabanova, Verre et céramique, 1993, 50, 398