Il componente vetrificante degli smalti è rappresentato dall’ossido di silicio (SiO2), detto silice.
La silice pura fonde a 1723°C.
In combinazione con altri ossidi il punto di fusione sarà determinato dall’eutettico (vedi rimando in fondo al riquadro) della miscela.
Presenta uno dei più bassi coefficienti di espansione termica tra gli ossidi usati in ceramica (insieme all'allumina e al boro).
In linea generale, sempre nell’ambito degli ossidi utilizzati in ceramica, la silice si comporta come elemento refrattario.
Negli smalti, la silice costituisce la matrice vetrosa che ingloba tutti gli altri componenti ed è il principale, e spesso l’unico, ossido vetrificante; altri ossidi con questa funzione rappresentano eccezioni e, in prima battuta, li possiamo trascurare.
Nella maggior parte degli smalti lo SiO2 complessivo raggiunge e supera, il 60% degli ossidi presenti (vale la pena accennare al fatto che la silice è il componente principale anche delle argille, della porcellana e, in generale, degli impasti ceramici, nei quali il suo contenuto arriva e supera il 70%).
Negli smalti la silice è introdotta attraverso diversi materiali. Oltre al quarzo, infatti, la silice è presente in tutte le argille, nelle fritte, nei feldspati, nelle ceneri vulcaniche, in alcune ceneri vegetali.
Il quarzo è un minerale naturale costituito praticamente al 100% dalla silice. Nelle ricette di smalti in lingua inglese spesso si trova il termine flint, la selce in italiano, una roccia sedimentaria composta da (micro)minerali di quarzo. Quindi quarzo e selce, come in inglese, quarz e flint, indicano minerali e rocce, composti da SiO2 allo stato puro (nella selce può esserci una piccola componente di impurità come il carbonato di calcio).
Ma lo SiO2 che costituisce il minerale del quarzo è qualcosa di completamente diverso da quello presente in altri minerali e rocce e ceneri vegetali.
Ad esempio nei feldspati si trova combinata chimicamente con l’allumina (Al2O3) e con altri ossidi (KNaO) con i quali forma minerali cristallini; in questo caso parliamo di silicati.
Anche le argille sono costituite da allumino-silicati.
Analogamente le ceneri vulcaniche contengono silicati combinati con allumina e altri elementi chimici secondo composizioni molto varie in funzione dei luoghi di provenienza.
Poi ci sono altri tipi di silicati come la wollastonite che combina la silice al calcio (CaSiO3).
La silice può entrare nello smalto attraverso le cosiddette "fritte" (vedi riquadro sui fondenti) in forma di vetro.
Infine c'è anche la possibilità di utilizzare alcune ceneri vegetali, in particolare la cenere di crusca di riso e, più in generale, le ceneri di paglia, che contengono alte quantità di silice (fino e oltre il 90%). Questo tipo di silice ha due caratteristiche peculiari: le dimensioni ridottissime delle sue particele e il legame con altri elementi chimici caratteristici delle ceneri vegetali (es. il fosforo).
In conclusione, la silice è fornita da diversi materiali e può trovarsi in forma cristallina (quarzo); microcristallina (selce); come silicato, combinato chimicamente con altri ossidi (feldspati, argille, wallastonite, ecc); in forma ancora più minuta e comunque in combinazione chimica con altri elementi (ceneri vegetali); in forma vetrosa (fritte). Tutti questi materiali, cedendo la loro quota parte di SiO2, contribuiscono alla formazione della fase vetrosa dello smalto.
Ma non lo fanno tutti allo stesso modo.
Diversi materiali si dissolvono (e dissolvono la loro componente di silice) nel fuso a una velocità e, quindi, a una temperature che sono funzione della natura e dimensione delle particelle di silice e dei legami con altri elementi. Questo aspetto è importante perché, ad esempio, se si introduce lo stesso quantitativo di silice richiesto da una ricetta sotto forma di quarzo o utilizzando la cenere di crusca di riso il risultato sarà differente, sia per la diversa natura della silice che per la presenza o meno di altri elementi chimici legati ad essa.
Generalmente aumentando la silice in uno smalto si ottengono i seguenti risultati:
- aumento della temperatura di fusione;
- maggiore viscosità dello smalto allo stato fuso (diminuisce la fluidità);
- aumento della resistenza dello smalto (come prodotto finale) agli agenti chimici (maggiore resistenza alla lisciviazione);
- migliorare legame tra lo smalto e il corpo del pezzo;
- maggiore durezza e brillantezza dello smalto (per incremento della componente vetrosa);
- minore coefficiente di espansione termica con conseguente riduzione della tendenza alla cavillatura;
- aumento della devetrificazione.
L’ultimo è un concetto su cui porre un po’ d’attenzione perché fa riferimento a specifiche condizioni. In particolare, un eccesso di silice in smalti cotti ad alta temperatura, con tempi lunghi di raffreddamento, può dare origine a un processo di cristallizzazione.
Vetro siliceo e cristallo si silice, come noto, non sono la stessa cosa pur avendo entrambi come componente prevalente l’ossido di silicio. Senza scendere troppo in profondità in concetti di chimica, basta pensare che il vetro ha una struttura non ordinata, le molecole che lo compongono sono disposte come in un liquido (si dice che il vetro è un liquido sopraffuso); i cristalli, invece, hanno una struttura molecolare ordinata, di solito favorita dalla lentezza del raffreddamento della massa fusa. A parità di contenuto chimico, vetro e cristallo si presentano in modo diverso. Tanto per fare un esempio, il magma che si raffreddi molto lentamente all’interno della crosta terrestre genererà rocce formate da cristalli tanto più grandi quanto più il processo sarà lungo; esempio tipico è il granito con i suoi cristalli di quarzo, di feldspato, di mica. Se il magma fuoriesce attraverso i vulcani, la lava, pure ricca di silicio, raffreddandosi repentinamente può produrre ossidiana, un vetro naturale, del tutto simile a quello di produzione umana. In conclusione, gli smalti più trasparenti e lucenti sono quelli vetrosi mentre la cristallizzazione tende ad opacizzarli.
Mi sono dilungato ma parole come cristallizzazione o devetrificazione, parlando di ceramica, non sempre risultano chiare.
