La cottura 7 - Miscela eutettica

Parlando della sinterizzazione ho accennato al fatto che alcuni dei componenti secondari dell'impasto argilloso iniziano a fondere durante questa fase della cottura. 
La fusione,
di cui ho iniziato a parlare,
avviene secondo due meccanismi:
- formazione di miscele eutettiche, argomento di questo post, e
- decomposizione, di cui ho già detto nel post precedente;
entrambi i meccanismi possono riguardare sia il corpo che lo smalto e, quindi, li ritroviamo nel primo fuoco, nel secondo fuoco e, ovviamente, nella monocottura.

Dunque, la miscela eutettica: 
miscuglio di due o più sostanze che presenta un punto di fusione o di solidificazione (temperatura eutettica) più basso di quello dei singoli componenti.
(da cui il nome che deriva dal greco e significa "facile da fondere").

Un tipico esempio è la miscela di ghiaccio e sale (H2O allo stato solido e NaCl),
il ghiaccio fonde a 0°C, il sale a 804°C, mentre la loro miscela eutettica fonde a -21,3°C
ecco perché si usa il sale per eliminare il ghiaccio sulle strade
(certo se la temperatura atmosferica scende sotto i -24,3°C allora non serve più nemmeno il sale).

Passando al caso di elementi più interessanti per il ceramista si possono prendere in considerazione l’allumina e il silicio:
queste sono considerate sostanze refrattarie,
presentano una temperatura di fusione rispettivamente di 2050°C e 1710°C,
infatti vengono introdotti negli impasti argillosi e negli smalti anche per innalzarne la temperatura di fusione,
i due elementi, però, insieme si comportano da fondenti l’uno con l’altro;
sul piano intuitivo, infatti, si potrebbe pensare che una miscela silicio/allumina al 50/50 abbia un punto di fusione ad una temperatura intermedia tra le temperature dei due singoli componenti (quindi a metà strada tra i 2050° e i 1710°C);
in realtà non è così, la miscela silicio/allumina al 50/50 fonde a 1750°C;
variando le percentuali della miscela si può trovare ila temperatura minima di fusione (temperatura eutettica);
nel caso di questi due elementi la miscela eutettica è composta dal 90% di silicio e dal restante 10% di allumina ed ha una temperatura di fusione di 1545°C, quindi, ben più basso della temperatura di fusione dei singoli elementi componenti.

Negli impasti argillosi, così come negli smalti, la miscela eutettica non si riduce al semplice effetto tra due ossidi ma nella reciproca azione fra tutti gli ossidi presenti, sia quelli introdotti nell'impasto iniziale (ad esempio il silicio in forma di quarzo o l'ossido di calcio in forma di carbonato di calcio) che quelli prodotti dalla decomposizione di cui al precedente post,
mano a mano che la temperatura sale inizia a fondere una prima miscela eutettica, quella formata dalla coppia di sostanze che, insieme, hanno la temperatura di fusione più bassa, questo inizia una reazione a catena alimentata dal fuso che scorre producendo altre combinazioni o ossidi con cui produrre eutettici sempre più complessi.

Nel grafico sotto è illustrato un caso tanto semplice quanto rilevante per un ceramista,:
gli ossidi alcalini (es. sodio e potassio) svolgono una forte azione sul silicio e, nella pratica, li usiamo proprio nella loro qualità di fondenti

sull’estremità a destra c’è la temperatura di fusione del silicio puro (100% Si);
scorrendo il grafico verso sinistra cala la percentuale di silicio ed aumenta quella di un generico ossido alcalino, fino ad arrivare all’estremità a sinistra dove il silicio è pari alo 0% e l’ossido alcalino è al 100%;
le temperature sono indicate sugli assi verticali (ascisse);
come detto all’inizio, riguardo all’esempio della miscela silicio/allumina, anche in questo caso, la temperatura di fusione di una qualsiasi miscela silicio/ossido alcalino non è il punto corrispondente sulla linea retta che congiunge le temperature di fusione dei due elementi puri (linea tratteggiata sul grafico);
in realtà la temperatura di fusione della generica miscela si muove, al variare delle percentuali della miscela, lungo la doppia linea curva (sotto la linea retta tratteggiata);
il punto di fusione con temperatura più bassa si riscontra, ad esempio, per la generica miscela con il silicio al 60% e l'ossido alcalino al 40%;
è importante notare quello che accade sul lato sinistro, partendo dall’ossido alcalino puro, il grafico fa vedere che aggiungendo silicio (un materiale altamente refrattario) la temperatura di fusione anziché aumentare si riduce, fino al raggiungimento della miscela eutettica, in questa parte del grafico il silicio si comporta addirittura come un fondente!

Di questa proprietà, forse in maniera inconsapevole o, chissà, in piena coscienza, si accorsero gli antichi ceramisti cinesi quando capirono che la roccia calcarea o la cenere di legna, a temperature superiori ai 1180° - 1200°C reagivano con gli allumino-silicati contenuti nelle argille producendo patine vetrose,
così nacquero i primi smalti,
oggi sappiamo che la roccia calcarea e la cenere di legna sono fonti di calcio
di fatto si stratta di una applicazione di micela autettica perché, preso singolarmente, ognuno dei componenti 
(silicio, allumina e calcio)
ha una temperatura di fusione ben più alta di 1200°C;
di silicio e allumina ho già detto sopra,
l'ossido di calcio fonde a 2580°C.

(sul passaggio da carbonato di calcio a ossido di calcio ho già detto nel precedente post sulla decomposizione)