La porcelaine est un matériau omniprésent, connu dans le monde entier pour sa durabilité, sa polyvalence et son attrait visuel. Elle est fabriquée à partir d’une sélection de matériaux, dont L’argile, la Pierre de Chine, le kaolin et autres. Nous allons tout voir en détails dans cet article.
Qu’est-ce que la porcelaine ?
La porcelaine est le nom d’une série de céramiques fabriquées en chauffant leurs matériaux constitutifs dans un four à des températures comprises entre 1 200 et 1 400 °C, et contenant souvent du kaolin. La porcelaine peut être regroupée en trois types distincts : la pâte dure, la pâte tendre et la porcelaine d’os. Ces trois groupes sont basés sur la composition de la pâte utilisée pour les fabriquer et sur la température à laquelle elles ont été cuites.
Les céramiques en porcelaine se distinguent par leur résistance et leur couleur 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.
La porcelaine est souvent considérée comme la céramique supérieure, en raison de sa résistance 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 solide.
Fabrication de la 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 les matériaux constitutifs, la température du four et, surtout, la formation de mullite.
La formation de la mullite
L’une des phases clés de la fabrication de la porcelaine est la formation in situ de la mullite. La mullite est un matériau aluminosilicate et, selon la stœchiométrie, elle a pour formule 3Al2O32SiO2 et 2Al2O3 SiO2. C’est un minéral très rare dans le sol, mais on sait qu’il se forme à environ 1 100 °C à partir de matériaux de type feldspath et kaolin pendant le processus de cuisson au four.
De quoi est faite la porcelaine?
La porcelaine est fabriquée à partir d’un mélange chauffé de silice, d’argiles, de feldspaths et de silex de petite taille. 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. Examinons ces matériaux l’un après l’autre.
L’argile
En général, la composition exacte de l’argile dépend de l’endroit où elle est extraite. Néanmoins, l’argile présente souvent des propriétés très proches, quel que soit le lieu où elle est obtenue. Par exemple, toutes les argiles se vitrifient uniquement à haute température. La seule exception est lorsque le seuil de vitrification a été abaissé par l’ajout de certains matériaux. De même, les argiles cuites ont tendance à ajouter une certaine contribution réfractaire au produit fini.
Comme c’est le cas pour le verre, elles conservent leur forme lorsqu’elles sont chauffées. La porcelaine combine donc la faible porosité du verre avec la capacité de l’argile à conserver sa forme. D’où sa popularité pour un usage domestique. En général, les argiles utilisées pour la fabrication de la porcelaine sont l’argile boule et le kaolin, et elles sont composées principalement de silicate d’aluminium hydraté et de kaolinite.
Feldspath
Ce matériau est composé principalement de silex et de silicate d’aluminium. Le silex est un type de quartz dur utilisé comme fondant dans un mélange de porcelaine. Les fondants permettent de réduire la température à laquelle le verre liquide se forme, généralement entre 1000 et 1300ºC environ. Dans cette phase liquide, les grains utilisés pour former la porcelaine se lient fermement entre eux par vitrification.
La silice
La silice est un composé chimique formé par la combinaison de silicium et d’oxygène gazeux, deux des éléments les plus abondants sur terre. Elle existe à l’état naturel sous forme cristalline, amorphe et impure, comme on le voit respectivement dans le quartz, l’opale et le sable. De tous les types de charges, la silice est la plus couramment utilisée pour la cuisson de la pâte à porcelaine. Outre le fait qu’elle facilite la cuisson et le formage de la pâte, elle contribue également à améliorer les propriétés physiques du produit final.
Pierre de Chine
Utilisée dans la fabrication de la porcelaine osseuse, la pierre de Chine est une forme de granit partiellement kaolinisée et riche en feldspath, qui ne contient pas de fer. Souvent associé au kaolin, sa composition minérale comprend du mica, du quartz et du feldspath. La similitude de la pierre de Chine avec le petuntse – qui est utilisé pour fabriquer de la porcelaine en pâte dure – est probablement la raison pour laquelle elle est devenue un composant clé de la porcelaine d’os.
Le kaolin
Le kaolin est un minéral argileux de formule générale Al2Si2O5(OH)4, formé par l’altération d’autres aluminosilicates et de couleur blanche. Il est utilisé dans la plupart des céramiques modernes.
Cendres d’os
Les cendres d’os sont les os d’animaux calcinés, broyés et finement pulvérisés, utilisés dans la fabrication de la porcelaine. La cendre d’os typique se compose d’environ 56% en poids d’oxyde de calcium, 42% de pentoxyde de phosphore et le reste d’eau. La formule généralement admise pour la cendre d’os est Ca5(OH)(PO4)3.
Le processus de calcination a lieu à environ 1 000 °C. La cendre d’os est utilisée dans les porcelaines en pâte molle et en porcelaine d’os, elle a pour effet de remplacer le petuntse des pâtes dures. La cendre d’os a d’autres applications dans les domaines de la métallurgie, de l’usinage et des engrais.
Dans certains cas, la porcelaine peut contenir des corps à faible teneur en alcali comme la stéatite ou l’alumine.
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