gerstley borate

(traduction par Paul Hochar)

But: La substitution du Gerstley borate.

Quand nous essayons "refaire" le borate de Gerstley avec des matériaux aisément disponibles sur le marché, il est nécessaire d’avoir la formule chimique du Gerstley borate.

La publication de Digitalfire donne un certain nombre de différentes compositions du Gerstley borate. Par expériences, pour reconstituer le Gerstley borate j’ai calculé la moyenne de ces valeurs pour obtenir une formule chimique simple (ceci s'appelle GB RR).
L'analyse chimique est donnée en pourcentage de poids, tout d'abord ceci est recalculé en formule Seger.(la perte d'eau et la formation du gaz CO2. LOI =perte au feu est prise en considération dans le poids moléculaire.)

	Na2O	K2O	MgO	CaO	Al2O3	B2O3	Fe2O3	SiO2	LOI	MOLGEW
GB % de poids	4.5	.5	4	24	1.5	25	.5	12	28
GB Seger	.12	.01	.16	.72	.02	.59	.01	.33		165
GB RR	.12		.16	.72		.59		.33		165

Au début les calculs et les expériences que j’utilisais pour " refaire " le Gerstley borate, mais le vrai but est de faire une recette utile pour les poteries de Raku.
Les expériences sont rapportées dans l'ordre de l'exécution et bien que ce ne soit peut-être pas l’optimum d’un point de vue didactique, les recettes finales sont heureusement très simples.
En glaçure de raku le Gerstley borate n'est jamais employé seul mais toujours dans une combinaison avec d'autres matériaux comme le néphéline syénite dans un ratio de poids autour 1:1.
Les calculs ont été effectués avec le programme de calcul l'alchemistglaze, un programme "fait maison" fonctionnant sous excel 2000.
(le programme est disponible pour une utilisation libre après avoir envoyé un formulaire de demande cliquez ici).

Matériaux utilisés et la formule chimique.

matériaux	Poids mol	Na2O	K2O	MgO	CaO	ZnO	Al2O3	B2O3	SiO2
Gerstley borate RR	165	.12		.16	.72			.59	.33
Fritte 1451	381	1						2	3
Carbonate de calcium	100				1
Dolomite	184			1	1
Talc	379			3					4
Wollastonite	116				1				1
Colémanite	411				2			3
Fritte 3221	125				1			1
Fritte 1510	198	.65	.05		.1	.2	.05		2.1
Néphéline syénite	476	.76	.24				1.11		4.88
Ball clay	258						1		2

(les frittes sont vendues par Johnson/Matthey)

Méthode de travail:

Choisir des matériaux avec une formule chimique simple et puis calculer ensuite la quantité de ces matériaux pour obtenir (aussi restreinte que possible) la recette voulue.
Nous utiliserons la formule de Seger, parce que c'est la manière la plus simple.
Pour illustrer ce procédé, nous avons pris la recette 2) comme exemple.

matériaux... Poids
molaire poids %Molaire Na2O MgO CaO B2O3 SiO2

Ce que nous voulons obtenir:
GB RR

.12 .16 .72 .59 .33

D'abord nous choisissons une source de Na2O: prenons la fritte 1451 pour la quantité de 0,12 moles.
Maintenant nous voulons savoir quel poids nous devons peser, nous devons multiplier 0,12 mole avec le poids molaire de ce matériau =0,12*381 (voir la liste matériaux)=46 grammes.
Fritte 1451 381 46 .12 .12

.24 .36

Comme source de MgO nous avons choisi la dolomite pour une quantité de 0,16 mole, une complication c’est qu'en même temps on ajoute du CaO (mais nous restons sous le total du CaO requis)
Dolomite 184 29 .16
.16 .16

Nous équilibrerons maintenant la quantité de B2O3.Le total de B2O3 est 0,59 mole mais avec la fritte 1451 nous avons déjà fourni une quantité de 0,24 il manque donc 0,35 mole. Nous choisissons d'employer la colémanite et nous avons besoin de 0,35 / 3 =0,12 mole (voir composition du matériau, la colémanite 1 mole de colémanite donne 3 moles de B2O3)

Colemanite 411 49 .12

.24 .36

il reste maintenant le CaO et nous faisons un ajout de 0,32 mole de carbonate de calcium
carbonate
de calcium 100 32 .32

.32

Le résultat final c’est la somme et c'est en bon accord avec la recette désirée..

Total

.12 .16 .72 .60 .36

la recette désirée
GB RR

.12 .16 .72 .59 .33

Ce n’est pas très difficile, mais il est toujours possible d'obtenir une solution (particulièrement quand les matériaux sont plus complexes).
Faire la somme des oxydes d'alcalins de la terre (Na2O K2O MgO CaO) autour de 1 .
Au cours des expérimentations, la cible première de " refaire " le Gerstley borate a été abandonnée et à la place nous sommes concentrés sur l'aspect du glaçure.
La formule de Seger a été calculée chaque fois, mais c’est seulement dans le but de nous guider en faisant des changements logiques aux recettes.

Expériences:

série 1 - 4

1) L'approche la plus précise du borate de Gerstley avec les frittes 3221/1451.

matériaux Poids molaire poids % molaire Na2O MgO CaO B2O3 SiO2

Fritte 1451 381 46 .12 .12

.24 .36

Carb. de calcium 100 21 .21

.21

Dolomite 184 29 .16
.16 .16

Fritte 3221 125 44 .35

.35 .35

Total

.12 .16 .72 .59 .36

GB RR

.12 .16 .72 .59 .33

Cette glaçure donne des bulles de gaz, clairement visibles sur la photo avec la couleur bleue.
Les craquelés ne sont pas très bien développés .

2) L'approche la plus précise du Gerstley borate avec la fritte 1451 et la colémanite, les autres matériaux sont identiques à 1)

matériaux Poids molaire poids % molaire Na2O MgO CaO B2O3 SiO2

Fritte 1451 381 46 .12 .12

.24 .36

Carb. de calcium 100 32 .32

.32

Dolomite 184 29 .16
.16 .16

Colemaniet 411 49 .12

.24 .36

Totaal

.12 .16 .72 .60 .36

GB RR

.12 .16 .72 .59 .33

Cette glaçure n'a pas bien fondue, la couleur bleue est plus terne.

3) Les matériaux ont été choisis pour qu'il n'y ai pas de formation de CO2, comme dans le cas ou on a employé du carbonate de calcium ou de la dolomite. La Colémanite a été choisie comme source de B2O3.

matériaux Poids molaire poids % molaire Na2O MgO CaO B2O3 SiO2

Fritte 1451 381 46 .12 .12

.24 .36

Talc 379 19 .05
.15

.20

Wollastonite 116 55 .47

.47
.47

Colémanite 411 49 .12

.24 .36

Total

.12 .15 .71 .60 1.03

GB RR

.12 .16 .72 .59 .33

Les deux nouveaux matériaux introduisent plus de SiO2 et la glaçure donne un craquelé faible et fond mal.

4) Les mêmes matériaux que 3) avec plus de colémanite pour baisser la température de fusion. (comme source de B2O3 la colémanite est choisie)

matériaux Poids molaire poids % molaire Na2O MgO CaO B2O3 SiO2

Fritte 1451 381 46 .12 .12

.24 .36

Talc 379 19 .05
.15

.20

Wollastonite 116 37 .33

.33
.33

Colémanite 411 82 .20

.40 .60

Total

.12 .15 .73 .84 .89

GB RR

.12 .16 .72 .59 .33

La quantité plus importante de colémanite donne à cette glaçure un meilleur comportement à la fusion.
Dans cette série la recette donne les meilleurs résultats.

série 5 - 10

Dans la série 5-7 la quantité de fritte 3221 a été augmenté et parce que c'est un borate de la Californie nous devons abaisser la quantité de walloniste en même temps. (la quantité de Na2O, MgO, CaO est toujours identique).
La teneur de SiO2 diminue parce que la quantité de Wollastonite diminue.

5) Augmentation du B2O3 avec la fritte 3221 comme source. (B2O3=0,64 mole)

matériaux Poids molaire poids % molaire Na2O MgO CaO B2O3 SiO2

Fritte 1451 381 46 .12 .12

.24 .36

Talc 379 19 .05
.15

.20

Wollastonite 116 35 .30

.30
.30

Fritte 3221 125 50 .40

.40 .40

Total

.12 .15 .70 .64 .86

GB RR

.12 .16 .72 .59 .33

6) Augmentation du B2O3 avec la fritte 3221 comme source.(B2O3=0,79 mole)

matériaux Poids molaire poids % molaire Na2O MgO CaO B2O3 SiO2

Fritte 1451 381 46 .12 .12

.24 .36

Talc 379 19 .05
.15

.20

Wollastonite 116 18 .15

.15
.15

Fritte 3221 125 68 .55

.55 .55

Total

.12 .15 .70 .79 .71

GB RR

.12 .16 .72 .59 .33

7) Augmentation du B2O3 avec la fritte 3221 comme source.(B2O3=0,97 mole)

matériaux Poids molaire poids % molaire Na2O MgO CaO B2O3 SiO2

Fritte 1451 381 46 .12 .12

.24 .36

Talc 379 19 .05
.15

.20

Wollastonite 116

Fritte 3221 125 91 .73

.73 .73

Total

.12 .15 .73 .97 .56

GB RR

.12 .16 .72 .59 .33

Le numéro 7 de la série donne le meilleur resultat. Ainsi ici nous pouvons voir qu'une teneur plus élevée de B2O3 donne de meilleurs résultats.

Dans cette série le B2O3 est augmenté par la colémanite (et non par la fritte 3221). Le Na2O,MgO,CaO est toujours identique série 5 - 7

8) ) Augmentation du B2O3 avec la colémanite comme source. (B2O3=0,99 mole)

matériaux Poids molaire poids % molaire Na2O MgO CaO B2O3 SiO2

Fritte 1451 381 46 .12 .12

.24 .36

Talc 379 19 .05
.15

.20

Wollastonite 116 23 .20

.20
.20

Colémanite 411 102 .25

.50 .75

Total

.12 .15 .70 .99 .76

GB RR

.12 .16 .72 .59 .33

9) Augmentation du B2O3 avec la colémanite comme source. (B2O3=1,14 mole)

matériaux Poids molaire poids % molaire Na2O MgO CaO B2O3 SiO2

Fritte 1451 381 46 .12 .12

.24 .36

Talc 379 19 .05
.15

.20

Wollastonite 116 12 .10

.10
.10

Colémanite 411 123 .30

.60 .90

Total

.12 .15 .70 1.14 .66

GB RR

.12 .16 .72 .59 .33

10) Augmentation du B2O3 avec la colémanite comme source. (B2O3=1,29 mole)

matériaux Poids molaire poids % molaire Na2O MgO CaO B2O3 SiO2

Fritte 1451 381 46 .12 .12

.24 .36

Talc 379 19 .05
.15

.20

Wollastonite 116

Colémanite 411 144 .35

.70 1.05

Total

.12 .15 .70 1.29 .56

GB RR

.12 .16 .72 .59 .33

Dans la série 5-7 la quantité de colémanite a été augmentée, en même temps la quantité de la wallastonite s'est abaissé à zéro. (la teneur de Na2O, MgO, CaO est toujours identique)
En augmentant la quantité de colémanite, la quantité de bulles de gaz augmente également comme vous pouvez le voir par la présence de trous d'épingle dans la glaçure.

Le numéro 7 de la série donne le meilleur résultat.

série 11 - 13

Étude de l'influence de la fritte 1451 (et de la quantité de Na2O)

11) NaO=.06 mol%

matériaux Poids molaire poids % molaire Na2O MgO CaO B2O3 SiO2

Fritte 1451 381 23 .06 .06

.12 .18

Talc 379 19 .05
.15

.20

Colémanite 411 164 .40

.80 1.20

Total

.06 .15 .80 1.32 .38

GB RR

.12 .16 .72 .59 .33

12) ) Na2O=0 mole

matériaux Poids molaire poids % molaire Na2O MgO CaO B2O3 SiO2

Fritte 1451 381

Talc 379 19 .05
.15

.20

Colémanite 411 172 .42

.84 1.26

Total

.15 .84 1.26 .20

GB RR

.12 .16 .72 .59 .33

13) Na2O=0,13 mole

Diminution de la quantité de fritte 1451 à zéro, mais maintenant la fritte 1510 est la source de Na2O. 0,13 mole Na2O (le même que dans expérience.10)
Cette expérience est effectuée pour voir si les trous d'épingle, en employant la colémanite étaient provoqués par la basse température de fusion de la fritte 1451.
(Le bas point de fusion d'un des composants peut avoir un effet sur l'évaporation de l'eau normalement présente dans la colémanite ( 2CaO.3B2O3.2H2O )
(Le résultat de l'expérience 12) n'est pas connu, autrement ce résultat préciserait le comportement de fusion de la fritte 1451, elle n'a aucune influence).

matériaux Poids molaire poids % molaire Na2O MgO CaO ZnO B2O3 SiO2

Fritte 1510 198 40 .2 .13
.02 .04
.42

Talc 379 19 .05
.15

.20

Colémanite 411 144 .35

.70
1.05

Total

.13 .15 .72 .04 1.05 .62

GB RR

.12 .16 .72
.59 .33

Les glaçures sont plutôt mauvaises avec en général beaucoup de trous d'épingle.
Il y a beaucoup de bulles de gaz pendant la cuisson.

série 14 - 16

Dans l'expérience 12) la quantité de Na2O a été abaissé à zéro et ceci n'a aucune influence sur les résultats, par conséquent la quantité de MgO a été diminué pour voir ce qui se passe.
C’est aussi bien avec de la colémanite qu’avec la fritte 3221 comme source de B2O3.

14) La quantité de talc dans la recette 12) est maintenant à 0.

matériaux Poids molaire poids % molaire Na2O MgO CaO B2O3 SiO2

Talc 379

Colémanite 411 206 .50

1.0 1.50

Fritte 3221 125

Total

1.0 1.5

GB RR

.12 .16 .72 .59 .33

15) “ même ” recette que 12) maintenant avec la fritte 3221 comme source de B2O3, colémanite=0

matériaux Poids molaire poids % molaire Na2O MgO CaO B2O3 SiO2

Talc 379 19 .05
.15

.20

Colémanite 411

Fritte 3221 125 106 .85

.85 .85

Total

.15 .85 .85 .20

GB RR

.12 .16 .72 .59 .33

16) Idem 15) maintenant sans talc.

matériaux Poids molaire poids % molaire Na2O MgO CaO B2O3 SiO2

Talc 379

Colémanite 411

Fritte 3221 125 125 1.0

1.0 1.0

Total

1.0 1.0

GB RR

.12 .16 .72 .59 .33

Les résultats des expériences 15-16 sont les meilleurs, il n'y a pas de formation de gaz pendant la cuisson et c'est la raison pour laquelle il n'y a pas de trou d'épingle dans la glaçure.
L'expérience 14, avec seulement la colémanite, donne beaucoup de gaz, de trous d'épingle et un craquelé plutôt mauvais.

L'utilisation de la colémanite dans des glaçures de Raku n'est pas un bon choix! (bien que le prix du matériau soit bas.)

Une addition spéciale de Na2O, MgO, CaO n'est pas nécessaire quand nous employons la néphéline syénite !!

série 17 - 19

Maintenant que nous savons qu’avec seulement la fritte 3221 et la néphéline syénite il est possible de faire une bonne glaçure nous voulons examiner si le ratio entre les deux matériaux (jusqu' à maintenant toujours dans le rapport de poids 1:1) a un effet prononcé sur les résultats.
Ainsi que l'épaisseur de la couche est l’intérêt de l'expérience.

17) ratio 3221:NS = 8: 12 (couche mince / couche épaisse).
Les couches minces donnent un meilleur craquelé.

18) ratio 3221:NS = 10:10 (couche mince / couche épaisse).
Les couches minces donnent un meilleur craquelé.

19) ratio 3221 :NS = 12:8 (couche mince / couche épaisse).
Les couches minces donnent de meilleurs craquelés.

Conclusion: les couches minces donnent un meilleur craquelé que les couches épaisses.
Lorsqu’il y a une petite différence entre le ratio de la fritte 3221 et la néphéline syénite, l'expérimentation 17/18 est un peu meilleure que la 19 et heureusement il est meilleur marché aussi!!

série 20 - 22

La recette trouvée jusqu'ici est bonne et simple, toutefois il est difficile l’étaler et ainsi la possibilité d’appliquer la glaçure avec une brosse n'est pas optimale.
Dans cette série l’argile est ajoutée pour améliorer la viscosité.

matériaux pr 20 pr 21 pr 22

fritte 3221 10 10 10

Néphéline syénite 10 9 8

ball clay
1 2

Pour la formation des craquelés il n'y a pas une grande différence de recette.
L’essai 22,.la viscosité (et également l’épaisseur de la couche) est comparable au Gerstley borate (qui est facile a appliquer avec une brosse).

série 23 - 25

Afin d'essayer de faire la recette plus compliquée (vous êtes un alchimiste ou pas.)
J'ai joué avec quelques additions de Na2O sous forme de sel (NaCl) ou de soude (NaHCO3.H2O).

De haut en bas:
exp.23) même recette que 22)
exp.24) addition de 1 gramme de sel (naCl))
exp. 25) addition de 1 gramme de soude (NaHO3.H2O)

Là n'y avait-il pas une différence dans les résultats, pitié? Non!

parce que la simplicité est également belle.

Conclusion:

Au premier exemple j'ai essayé de "refaire" le Gerstley borate avec une combinaison des matériaux qui donnent la même formule chimique.
Ceci peut être réalisé par l'addition de fritte 1451, dolomite, carbonate de calcium, la fritte 3221 (ou de la colémanite).
Les bulles de gaz formées pendant la cuisson de la glaçure sont produites par décomposition des gaz le CO2 (carbonate de calcium / dolomite) ou le H2O (colémanite).
Ceci peut être évité en employant la wollastonite et le talc comme source de CaO et de MgO (bien que de la SiO2 supplémentaire soit ajoutée).
La fritte borocalcique 3221 (Johnson/Matthey) est très appropriée comme source de B2O3 elle est meilleure que la colémanite (trous d'épingle).
Dans les expériences vous pouvez voir que seulement la néphéline syénite et la fritte 3221 sont très utilisées.
La viscosité de la glaçure est améliorée en remplaçant une partie de la néphéline syénite par de l'argile.(ball clay)
La recette de fin est étonnamment simple:

Fritte 3221	100 gram
Néphéline syénite	80 gram
Ball clay (l'argile)	20 gram

Objets réalisés avec la recette de fin