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Schwindung

Die Schwindung von Porzellan beim Brand

 

 

 


Unter Schwindung im Allgemeinen versteht man die Volumenänderung eines Materials oder Werkstückes, ohne dass Material entfernt oder Druck ausgeübt wird. Schwindung findet statt durch Trocknung, Abkühlung oder chemische bzw. physikalische Umbaumechanismen im Material. Schwindung durch Trocknung ist oft reversibel, das Material kann also auch Quellen.

 

 
Die Schwindung von Porzellan ist eine nicht reversible Folge aus dem Sinterungsprozess, in dem feinkörnige keramische Stoffe und Mineralien erhitzt werden, wobei die Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur der Hauptkomponenten liegen, so dass die Form des Werkstückes erhalten bleibt. Dabei kommt es in der Regel zu einer Schwindung, weil sich die Partikel des Ausgangsmaterials verdichten und Porenräume aufgefüllt werden. Man unterscheidet grundsätzlich das Festphasensintern und das Flüssigphasensintern, bei dem es auch zu einer Schmelze kommt. 

 

Je nach Materialstruktur kann Schwindung auch anisotrop sein (z. B. Holz während der Trocknung). Ist Schwindung inhomogen (z. B. bei Kühlung oder Trocknung von außen nach innen), können Schwindungsrisse entstehen, wenn die im Material entstehenden Zugspannungen dessen Zugfestigkeit übersteigen. Andernfalls können temporäre oder bei Duktilität latente Spannungen im Material entstehen (Eigenspannung). Eine Kenngröße für die Schwindung ist das Schwindmaß.

 

Man unterscheidet grundsätzlich das Festphasensintern und das Flüssigphasensintern, bei dem es auch zu einer Schmelze kommt. 

 

 


 

 

 

Warum schrumpft bzw. schwindet Porzellan überhaupt?

 

 

Im Stadium der Formgebung durch Pressen, Rollen, Drehen oder Gießen ist die Porzellanmasse naß. Entzieht man nun diesem Körper den Feuchtigkeitsanteil zieht sich der Körper zusammen und verdichtet sich. Im Glattbrand  entsteht eine nicht reversible Folge aus dem Sinterungsprozess, die Rohstoffe verschmelzen und verdichten ineinander, Wassermoleküle entweichen und die Porenräume werden durch die Mineralienschmelze aufgefüllt.

 

 

Je nach Zusammensetzung der Rohstoffe und angewandten Fertigungsart schwindet, also schrumpft der Porzellankörper, nach Hans Friedl bis zu 16%. Dieser Erfahrungswert bezog sich wohl eher auf die deutsche Porzellanindustrie, denn international sind wir schon Schwindungen von 20% und mehr begegnet.  

 

 

Am Beispiel unseres gerollten Pasta-Tellers 26 cm zeigen wir auf dem obigen Bild, wie enorm der Entzug von Feuchtigkeit die Proportionen des Porzellans verändert. Auf dem Bild ist ein und derselbe Teller abgebildet! Unten vor dem Brand, nach der Erst-Trocknung und auf ihm stehend das fertige Endprodukt. Rund 15% an Größe hat der Teller während der Fertigung verloren! 

 

Diese Schwindung genau zu berechnen, um am Ende eine Stapelschüssel oder einen rechteckigen Teller in der gewünschten Größe und Höhe zu erhalten, bei dem einer so aussieht wie der andere, macht die Fertigung von Porzellan so anspruchsvoll. Der Modelleur einer Porzellanform ist in Wirklichkeit ein Kunsthandwerker mit ausgebildet mathematischen und physischen Fähigkeiten. 

 

 

 
 
Beeinträchtigt Schwindung die Qualität von Porzellan?
 
 
Diese Frage lässt sich mit einem klaren "JA" beantworten! Die Schwindung von Porzellan lässt sich zwar aus Erfahrungswerten ableiten, aber niemals exakt berechnen. Die Reaktion der Grundstoffe des Porzellan sind sehr unterschiedlich, weil sie mehrheitlich aus mineralischen Rohstoffen gewonnen werden. So wie kein Diamant einem anderen gleicht, verhält es sich auch mit Quarz, Feltspat und Kaolin. Selbst der Brenngehalt der Befeuerung eines Porzellanofens (Qualität des Gases) nimmt Einfluss auf den Schwindungsgrad.
 
 
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Gute, qualitativ hochwertige Hersteller von Porzellan überwachen die Zusammensetzung von Rohstoffen und deren Gehalt regelmäßig in eigenen Labors. So versucht man u.a. unerwünschten Schwindungstoleranzen aus dem Weg zu gehen und eine konstante Qualität zu gewährleisten. 
 
 
 
 
 
Ofen-Steuerungspanele
 
 
Selbst Computer gesteuerte Kontroll- und Steuerungseinheiten können den Ofen nicht so exakt justieren, dass sich Schwindungstoleranzen vollkommen ausschließen, bzw. berechnen lassen. Die Messpunkte solcher Steuerungseinheiten sitzen immer an nur in den Außenbereichen der Brandabschnitte und können niemals die Athmosphäre in den Brennwägen erfassen. Schon die Anordnung von Hohl- und Flachteilen beeinträchtigt die Ofenathmosphäre erheblich.
 
 

 

Die Stufen der Schwindung

Abhängig von der Komposition der Rohstoffe und Art der Formgebung kann man die Schrumpfung des Porzellan in folgende Phasen einteilen.

  • Trocknungsprozess 1-3%
  • Bisquitbrand 10-12%
  • Hartbrand 12-15%

 

  • Trocknungsprozess 3-5%
  • Monobrand 14-22%

 


 

 
Fazit
 
 
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Es ist dem Material und Brenntemperaturen von mehr als 1.320 ° C geschuldetet, das Porzellan letztlich immer Deformationen erleidet. In den vielen Jahrzehnten unserer Arbeit für und mit dem Porzellan sind wir noch niemals einem Teller begegnet, egal aus welcher Fabrik oder aus welchem Land, der unter Anwendung einer mathematischen Genauigkeit vollkommen rund ist! Porzellan hat immer - mal kleine und mal große - Schwindungstoleranzen. Diese lassen sich als Faustformel wie folgt ableiten.