Протокол испытания новой массы в мастерской

Новая марка массы, новый поставщик или просто новая партия — и изделие, которое годами получалось, вдруг коробится, течёт или цекует. Паспорт производителя этого не предскажет: он снят в лаборатории, в чужой печи, при одной температуре. Ниже — протокол, который превращает «на глаз» в цифры. Он занимает три-четыре обжига, полкило массы и пару вечеров, а экономит целую печь брака.

Что понадобится

• Весы с точностью 0,01 г — для водопоглощения.
• Штангенциркуль с точностью 0,1 мм.
• Две рейки одинаковой толщины, около 9–10 мм, и скалка.
• Шаблон для меток: две точки ровно в 100 мм друг от друга. Подойдёт пластинка с двумя вбитыми гвоздиками или штангенциркуль.
• Кастрюля, которую не жалко, — для кипячения образцов.
• Огнеупорные опоры или столбики для теста на провисание.
• Контрольные конусы на каждый обжиг.
• Журнал или таблица результатов — шаблон в конце статьи.

Шаг 1. Записать, что пришло

Тони Хансен (Digitalfire) советует начинать с записи наблюдений ещё до формовки: пластичность, жёсткость, твёрдые комки, «песок» в массе. Перепишите с упаковки марку, номер партии и дату. Через год, когда новая партия поведёт себя иначе, эта строчка окажется самой ценной.

Сразу проверьте массу в деле — сделайте одно изделие своей типичной формы. Испытательные бруски ответят на вопросы о черепке, но только живая работа покажет, как масса ведёт себя на круге, в руках или в экструдере.

Шаг 2. Бруски для усадки и водопоглощения

Самая известная студийная методика — тест SHAB (shrinkage/absorption) Хансена. Из неё и возьмём основу.

1. Раскатайте массу между рейками толщиной 9,5 мм. Хансен использует бруски шириной около 25 мм и длиной около 110 мм.
2. Шаблоном выдавите на каждом бруске две метки на расстоянии ровно 100 мм.
3. Нанесите на каждый брусок номер. Одной температуре — один брусок или комплект брусков.
4. Сушите ровно, чтобы бруски не повело. Пол Уондлесс сушит их под газетами, придавив сверху доской. Хансен досушивает в сушильной камере при 80–100 °C до полного высыхания.

Сколько брусков делать? Уондлесс берёт три бруска на массу, все одного размера, толщиной не больше 12–13 мм. У Хансена число определяется серией: в его примере шесть брусков, по одному на каждую температуру. Разумный минимум для мастерской — по два бруска на температуру: если один треснет, серия не пропадёт.

Как считать усадку

С базой 100 мм арифметика простая.

• Усадка при сушке = (сырая длина − сухая длина) / сырая длина × 100 %. Если сырая база 100 мм, а сухая 94,5 мм, усадка 5,5 %.
• Усадка при обжиге = (сухая длина − обожжённая) / сухая длина × 100 %.
• Общая усадка = (сырая длина − обожжённая) / сырая длина × 100 %. Это та цифра, которая нужна, чтобы получить кружку нужного объёма.

Хансен честно предупреждает: единого мнения, от какой длины считать обжиговую усадку, нет. Разные методики делят то на сухую, то на обожжённую длину. И сумма сушильной и обжиговой не равна общей, потому что они считаются от разных баз. Неважно, какую формулу вы выберете, важно всегда пользоваться одной и записать её в шапку таблицы. Длину меряйте с точностью 0,1 мм.

Шаг 3. Серия обжигов

Один брусок при одной температуре ничего не говорит о запасе прочности. Нужна серия: ниже паспортной температуры, на ней и выше.

• Сколько точек. Минимум три: шаг вниз, рабочая температура, шаг вверх. Лучше пять. Для массы на конус 6 (около 1220 °C) это может быть 1180, 1200, 1220, 1240 °C. Хансен в одном из примеров обжигает терракотовые бруски на пяти конусах подряд.
• Отдельные бруски или один. Хансен обжигает каждый брусок при своей температуре. Уондлесс экономит: начинает с самой низкой температуры и переобжигает тот же брусок на всё более высоких. Первый способ точнее, второй дешевле.
• Как ставить. Хансен ставит бруски на ребро, под углом, рядом — контрольный конус. Лёжа плашмя брусок греется неравномерно: полка работает как теплоотвод.
• Как обжигать. Ровный подъём, замедление в конце и короткая выдержка — в варианте методики, опубликованном Digitalfire, это 10 минут на максимуме. По контрольному конусу на каждую полку.
• Архив. Бруски с одной полки храните вместе с конусом-свидетелем. По одному образцу каждой температуры оставьте в коробке с надписью.

Температура конуса зависит от скорости нагрева в конце обжига. Orton даёт таблицу для разных скоростей, базовая — 60 °C в час на последних 100 °C. Поэтому одинаковые цифры на контроллере в разных печах — не одинаковый обжиг. Конус показывает, что получил брусок на самом деле.

Шаг 4. Водопоглощение

Это главная цифра для посуды: она говорит, насколько плотным стал черепок.

1. Взвесьте обожжённый брусок с точностью 0,01 г.
2. Насытите водой. Хансен кипятит бруски в дистиллированной воде 5 часов, спокойно, не бурно, и доливает выкипевшую воду. Потом оставляет их в воде ещё на 19 часов. Дэйв Финкельнбург в Ceramics Monthly кипятит те же 5 часов и выдерживает ещё 24 часа, пока вода остывает.
3. Промокните поверхность полотенцем и сразу взвесьте.
4. Посчитайте: водопоглощение = (вес после насыщения − сухой вес) / сухой вес × 100 %.

Есть и упрощённый вариант без кипячения: образец замачивают в холодной воде на 24 часа и дольше. Так делают Ричард Закин и Пол Уондлесс. Результаты двух способов могут различаться, а источники их между собой не сравнивают. Поэтому правило одно: все образцы серии насыщайте одним способом и сравнивайте с паспортом, только если знаете, как мерил производитель. Как правило, производители методику не указывают.

Экспресс-проверки

• Капля воды (по Закину). Капните на неглазурованный черепок. Впиталась за 20–40 секунд — масса сильно пористая. За 2–3 минуты — умеренно. Держится дольше — масса зрелая. Стоит на поверхности — водопоглощение малое или нулевое.
• Маркер (по Хансену). Проведите линию маркером и сотрите ацетоном. Чем лучше стирается, тем плотнее поверхность.
• Тушь (по Уондлессу). Капля туши на час, затем смыть. Чем темнее пятно, тем выше водопоглощение.

Какое водопоглощение нормально

Хансен подходит к нормам осторожнее. По его словам, нет конкретного водопоглощения, которое означало бы «годится для посуды», но чем плотнее черепок, тем изделие долговечнее. Каменная масса с крупным зерном часто не опускается ниже 1,5 % без вспучивания, и на практике её минимум — 2–3 %. Фарфор же обычно обжигают до неизмеримой пористости. Важная оговорка: глазурь без цека герметизирует даже черепок с заметной пористостью. А при цеке вода уходит в стенку, и такое изделие может потом треснуть в микроволновке.

Как читать серию: кривая спекания

Нанесите на один график усадку и водопоглощение по температурам. Хансен описывает типичную картину так: усадка растёт, выходит на плато и затем начинает падать, а пористость идёт навстречу, часто до нуля. Точка, где кривые меняют направление, — начало вспучивания и плавления.

Пример из практики Хансена: каменная масса дала 4 % водопоглощения на конусе 6 и 2 % на конусе 7. Брусок с конуса 6 оказался недожжённым, с конуса 7 — уже пережжённым. Окно между «пористо» и «вспучилось» у этой массы — один конус. Хансен предупреждает: обжигать на самом краю плато рискованно, если сырьё от партии к партии колеблется.

Признаки пережога, по Хансену: коробление, вспучивание, отрицательная усадка (брусок вырос по сравнению с предыдущей температурой), потемнение цвета, микропузыри в глазури и наколы.

Шаг 5. Мостик: проверка на провисание

Водопоглощение говорит о плотности, но не о том, удержит ли масса форму. Широкая тарелка, длинная ручка, тонкий край — всё это проверяет тест на провисание.

• По Закину и Бартоловичу (Ceramics Monthly). Полностью высушенную плитку длиной около 10 см кладут концами на огнеупорные опоры так, чтобы середина висела свободно. Утильный обжиг не нужен. Обжигают до рабочей температуры и меряют прогиб посередине. Прогиб больше примерно 6 мм говорит, что изделия из этой массы будут оседать и коробиться. Небольшой прогиб у зрелой массы неизбежен.
• По Уондлессу. Брусок длиной около 15 см кладут на две треугольные опоры одной высоты, отступив от концов на 6–13 мм. После обжига брусок переворачивают на ровную поверхность и меряют зазор под серединой. Точный процент, по словам автора, не обязателен: важно сравнивать массы между собой.
• По Хансену (тест PPD). Брусок вдвое тоньше, чем для SHAB, опирают на оба конца. Пластичные бруски почти никогда не сохнут идеально ровными, поэтому до обжига записывают изгиб и ставят брусок горбом вверх. После обжига снова меряют изгиб. Деформация — сумма изгиба после сушки и после обжига, в миллиметрах.

Стандартного пролёта для студийного мостика нет, у каждого автора свой. Поэтому сделайте себе один шаблон опор и пользуйтесь только им. Такой тест полезно ставить в каждый обжиг серии: он покажет, где начинается мягкость, раньше, чем вы увидите вспучивание.

Шаг 6. Расколите брусок

После серии разломите бруски с двух верхних температур и посмотрите на излом.

• Пузырчатая структура, «как в пористом шоколаде», — вспучивание. По Хансену, газ выделяют карбонаты, сульфаты, лигнит, углерод, крупинки марганца (частая причина в крапчатых массах). Газ не может выйти, потому что поверхность уже спеклась. Некоторые массы вспучиваются уже при водопоглощении 1–2 %, чистые не вспучиваются и при нуле.
• Тёмная сердцевина при светлой поверхности. Причины, по Хансену: быстрый обжиг, сильное восстановление, неудалённый углерод, а также много железа — чем его больше и чем крупнее частицы, тем сильнее эффект. В электропечи бывает при плотной садке и слабом проветривании. Углерод в изломе матовый, восстановленное железо — стекловидное. Помогают более высокий и долгий утильный обжиг и окислительная выдержка.

Если в изломе пузыри уже на вашей рабочей температуре, у массы нет запаса. Обжигайте ниже или ищите другую массу.

Шаг 7. Посадка глазури

Новая масса может иначе «сидеть» с проверенной глазурью: у неё другой коэффициент расширения. Поэтому проверьте свои основные глазури на новом черепке.

• Кипяток и лёд (тест BWIW, Хансен). Образец 3 минуты в кипятке, затем 3 минуты в ледяной воде. Льда столько, чтобы вода держалась около нуля весь тест. Всего три цикла. Потом трещины проявляют тушью, красителем или маркером и смывают растворителем. Образцы делайте с толщиной стенки как у изделий: тонкие плитки могут цек не показать.
• Жёсткий вариант (тест IWCT, Хансен). Плитки 51×76 мм толщиной 9,5 мм, около 13 мм снизу оставить без глазури. Нагреть в печи или духовке до 149 °C, выдержать 30 минут, щипцами быстро опустить в ледяную воду и подержать 5 минут. Проявить маркером и перепроверить на следующий день. Один образец — один цикл. Для дополнительной нагрузки — 163 или 177 °C.

Как читать результат: сетка трещин — цек, глазурь надо сделать с меньшим расширением. Чешуйки и сколы по кромкам — отскок, расширение глазури надо поднять. Хансен отмечает, что глазурь, прошедшая мягкий тест, со временем всё равно может цековать, поэтому для посуды он рекомендует жёсткий.

Сравнение с паспортом

Паспорта дают усадку и водопоглощение как средние значения при одной температуре, иногда с допуском. Например, у Laguna B-Mix указано «усадка 13 % ±2 %, водопоглощение 1 % ±1 %» для конуса 10. Методику испытаний никто из производителей не раскрывает. Поэтому:

• сравнивайте свои цифры только при той же температуре или конусе, что в паспорте;
• расхождение в пределах допуска — норма;
• если ваше водопоглощение заметно выше паспортного, сначала проверьте конус: скорее всего, печь недодаёт;
• если ниже и есть пузыри в изломе — печь перегревает или масса из другой партии.

Шаблон таблицы результатов

Одна таблица на массу и партию. Колонки собраны из полей методик SHAB, PPD и IWCT.

В шапку впишите: марку и партию массы, дату, способ насыщения водой (кипячение или холодная вода), формулу усадки, программу обжига и печь. Без шапки через полгода цифры станут загадкой.

Источники: Tony Hansen, Digitalfire — тесты SHAB и вариант методики test/83, PPD, BWIW, IWCT, статьи Vitrification, Maturity, Functional, Clay Body Porosity, Firing clay test bars, Bloating, Black Coring; Paul Andrew Wandless, «Testing 1 2 3…» (Ceramic Arts Network); Richard Zakin, Frederick Bartolovic, «Techno File: Testing Clay Bodies» (Ceramics Monthly, 2022); Dave Finkelnburg, «Testing Standards» (Ceramics Monthly, 2012); Seattle Pottery Supply, «Water Absorption in Pottery Clay»; Laguna Clay, WC379 B-Mix; Orton Ceramic Foundation, Pyrometric Cones Resources и таблица конусов.