De kwartssprong

De kwartssprong.[1]

Alle kleisoorten veranderen van een plastische massa naar een steenachtig materiaal bij verhitting. Dat begint ergens tussen de 570° en 635°C tijdens het stoken. De kritische temperatuur zou 573° zijn. Het gaat hierbij om de kwartssprong. Bij deze temperatuur (573°) begint het veranderingsproces waarbij klei langzamerhand keramiek wordt. De temperatuur van een gewone oven ligt veel te laag. Pure vette klei krimpt bij drogen en bakken teveel, waardoor het scheuren gaat vertonen. Daarom moet klei worden bijgemengd met zand, tussen de 15 en 40%, [2]afhankelijk van de kleisoort. Bij deze percentages blijven de kneedbaarheid en plasticiteit behouden, waardoor de vorm goed kan worden aangebracht en behouden, ook tijdens het bakken. Alle klei moet eerst in de lucht of zon gedroogd worden, om het vrije water te verdampen, anders ontstaat er ongewenste stoomontwikkeling[3]. Het gebonden water wordt pas in het vuur of over verwijderd bij 400 – 500 oC en vormen zich grote ruimten; hierdoor is de klei nog niet waterdicht en brokkelig van structuur. [4] Rond de 600 °C verliezen de kleimineralen hun hydroxidegroepen waardoor de kristalstructuur verstoord wordt. Bakken in openvuren gebeurt bij een temperatuur van 800oC.[5] Om aardewerk zijn blijvende vorm te geven wordt de gedroogde klei in een oven bij een temperatuur van ongeveer 900 °C à 1150 °C gebakken. Tussen de 900 en 1000oC hechten de kleideeltjes zich aan elkaar, al zijn ze nog steeds poreus, zoals bloempotten. Alle koolstofresten van planten verbranden waardoor zwarte klei zelfs ivoorkleurig kan worden.

Wordt de klei nog verder verhit, dan groeien de deeltjes aan elkaar, wat sinteren wordt genoemd, en treedt uiteindelijk verglazing op. Om steengoed van klei te maken heb je nog hogere temperaturen nodig: 1200°C-1300°C en porselein wordt soms wel op 1300° C gebakken. Na sinteren kan de gebakken klei niet meer door wateropname zacht gemaakt worden.

Maar wat gebeurt er nu echt? Daarvoor moeten we klei ontleden en in drieën verdelen.
Een ezelsbruggetje helpt ons daarbij:

Vlees

Voor ongeveer 50% bestaat klei uit kwarts, een kristalachtig glasachtig mineraal dat je het beste met zand kunt vergelijken, SiO2. Het is in grote hoeveelheden op de aarde aanwezig. Kwarts vormt de massa van klei.

Skelet

Een goede klei bevat circa 20% stoffen die aluminiumoxide Al2O3, bevatten, de ruggengraat van iedere klei. Zit er te weinig aluminium in een klei dan is hij na het bakken zacht en is makkelijk te breken, kan scheuren of valt zelfs uit elkaar. Vele aardewerk kleisoorten kun je dan ook verbeteren door er wat kaolien (China Clay: Al203-2SiO2-2H20), ball-clay (Al2O3-2SiO2-2H2O) of bentoniet (Na0,5Al2,5Si3,5O10(OH)2·(H2O)) bij te doen. Alle porseleinaarde bevat aluminiumoxide. Hoe meer aluminium des te sterker de klei na het stoken.

Bloed

De overige 30% van klei is een samenstelling van alle andere mineralen, metalen en gesteenten. Boven de circa 700° graden gaan deze stoffen smelten, ieder met hun eigen smelttemperatuur. Een natuurkundig verschijnsel, het eutecticum, zorgt ervoor dat het gemiddelde van de som van al die verschillende smelttemperaturen, een aanzienlijk lager smeltpunt geeft dan het gemiddelde. Het bloed of smeltmiddel zorgt dat de kwarts zich aan het skelet, het aluminium hecht. Dat noemen we sinteren. Het gaat een moleculaire verbinding aan met het aluminium en silicium.


[1] ‘De kwartssprong’, De Kleiacademie <https://www.kleiacademie.nl/kennis-2/> [geraadpleegd 22 juni 2023].

[2] Roderick Geerts en Hartoch, Else, ‘From clay to container, Roman pottery production at the Beukenbergweg, Tongeren (Belgium)’

[3] Gelder en Jansen, Aarde werk en porselein.

[4] Cooper, Pottenbakken.

[5] Ibid.