Gonsideraciones sobre la ciencia cerámica*

A. GARCIA VERDUCH

instituto de Cerámica y Vidrio Arganda de! Rey (Madrid)

Se expone la evolución que ha sufrido el pensamiento cerámico tradicional hasta integrarse en el moderno concepto de la ciencia de materiales. Después se analizan los factores que han contribuido de modo especial al desarrollo tecnológico de la ce­rámica, tales como las exigencias de nuevos materiales cerámicos por parte de las tec­nologías avanzadas, la creciente mecanización y automatización, la vigorización del con­cepto de materiales mixtos, etc.

Se señala a continuación el papel que juegan la física de sólidos, la química de sólidos y la ingeniería cerámica en el avance tecnológico de esta rama industrial, y se enumeran algunos de los campos científicos que concurren en la cerámica. 75/4/0041A RESUMEN

SUMMARY

An exposition is made of the evolution that has taken place in the classical ceramic thought up to its integration in the modern concept of materials science. This is followed by an analysis of the factors that have contributed in a special way to the technological development of ceramics, such as the demand of new ceramic materials by advanced technologies, the increasing mechanization and automatization, the strengthening of the concept of composite materials, etc.

Indications are made on the role played by the physics of solids, the chemistry of solids and the ceramic engineering in the technological advancement of this industrial branch; and some of the scientific fields that converge in ceramics are mentioned.

RÉSUMÉ

On expose l'évolution soufferte par la pensée céramique traditionnelle jusqu'au mo­ment où elle s'intègre dans le moderne concept de la science de matériaux. Ensuite on analyse les facteurs qui ont contribué, de façon spéciale, au développement technolo­gique de la céramique, telles que les exigences de nouveaux matériaux céramiques des technologies avancées, la mécanisation et l'automatisation en croissance, la vigorisation du concept de matériaux mixtes, e tc . .

On signale à la suite le rôle que jouent la physique des solides, la chimie des solides et la science de l'ingénieur céramique dans le développement technologique de cette branche industrielle. On enumere quelques-uns des domaines scientifiques qui se rassem­blent dans la céramique.

ZUSAMMENFASSUNG

V. schildert die Umstellung des traditionellen Denkens im Keramikbereich bis zu dessen Aufgehen in den modernen Begriffen der Werkstoffkunde. Anschliessend untersucht er die Faktoren, die die technologische Entwicklung auf dem Keramiksektor besonders gefördert haben: Forderung neuartiger Keramikwerkstoffe seitens der fortschrittlichsten Technologien, wachsende Mechanisierung und Automation, steigende Bedeutung der Verbundwerkstoffe usw.

Es wird auf die Rolle der Festkörperphysik und —chemie sowie der Ingenieurwis­senschaft im Keramiksektor für den technologischen Fortschritt in dieser Sparte hinge­wiesen. V. nennt abschliessend einige wissenschaftlichen Disziplinen, die für die Keramik als Grenzgebiete von Bedeutung sind.

1. INTRODUCCIÓN

Los ceramistas profesionales, en su brega diaria con los problemas de producción y control, pueden parecer al profano maestros, magos quizá, que dominan la tec­nología y el arte de convertir en productos útiles y bellos sustancias deleznables, de escaso valor, que poco tiempo antes eran meros componentes minerales de un paisaje. En otros casos el ceramista emplea sustancias naturales purificadas, e incluso materias sin­téticas, pero el panorama no cambia; siempre hay que partir de sustancias granulares para llegar a productos consolidados que posean las formas, las texturas, los colores y las propiedades deseadas.

Decíamos que, a los ojos del profano, los ceramistas pueden aparecer con aureola de magos, maestros de las artes del fuego, pero en realidad ellos se sienten con­fusos ante el bosque de incó,^nitas que se abre a su al-

* Conferencia pronunciada en las Jornadas Científicas so­bre Cerámica y Vidrio que se celebraron en la Facultad de Ciencias de la Universidad Autónoma de Madrid, durante los días 7 y 8 de marzo de 1974. Recibido: 12 mayo 1974.

rededor, y turbados ante la permanente y osada in­tromisión en sus fábricas y talleres de esos duendes malignos que todo lo trastrocan.

El ceramista tradicional se siente incapaz de com­prender ni de enunciar las numerosas variables físicas, químicas y tecnológicas que intervienen en sus proce­sos, y por ello, cuando al fin, tras largas y tediosas tentativas, alcanza unos resultados aceptables, se sien­te temeroso de introducir ninguna alteración en sus procesos ni en sus composiciones, y los sigue con fidelidad reverencial año tras año.

Este pensamiento lleno de temores es el que ha do­minado a la cerámica desde sus remotos orígenes hasta épocas recientes, e incluso, en bastantes casos, hasta nuestros días.

Cuando a principios de este siglo la ciencia intentó irrumpir en el campo de la cerámica, fue recibida con incredulidad, con notorio desdén. Adernás, hay que reconocer que la ciencia no estaba pertrechada enton­ces lo suficiente para abordar con firmeza los com­plejos problemas cerámicos, ni siquiera, quizá, para discriminar todos los problemas parciales que concu­rren en una determinada situación práctica.

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Desde entonces hasta nuestros días se ha recorrido un largo camino. La ciencia ha avanzado en numero­sos frentes; la cerámica se ha visto infiltrada profun­damente por el pensamiento científico; de esta infil­tración han surgido éxitos espectaculares; estos éxitos han consolidado ya definitivamente la fe de los cera­mistas en los tratamientos científicos, y los duendes malignos, aunque todavía siguen dando cabriolas por las fábricas, han comenzado ya su retirada.

La penetración de la ciencia en el campo cerámico ha sido, y sigue siendo, un proceso lento, pero ello no tiene nada de extraño si se considera la dificultad de aplicar la herramienta científica a sistemas materiales tan complicados.

El científico ha de comenzar su trabajo sobre mo­delos simplificados, que después va complicando con extraordinario esfuerzo y, por supuesto, hasta límites muy restringidos.

El ceramista —que conoce las dificultades del trata­miento científico— cuando de verdad quiere obtener unos productos altamente controlados, que de algún modo respondan a las predicciones de la ciencia, sim­plifica sus composiciones, empleando, por ejemplo, óxidos de gran pureza en lugar de materias primas na­turales más complejas y más impuras, y atmósferas artificiales, en lugar de las atmósferas de combustión.

Esta compenetración de pensamiento entre el cera­mista y el científico, y las mutuas concesiones que se hacen, han permitido desarrollar numerosos nuevos materiales que poco tienen que ver con la compleja cerámica tradicional.

Resulta curioso observar cómo la ciencia se ha vol­cado hacia la creación, perfeccionamiento y dominio de esos nuevos materiales y, en cambio, ha contribuido sólo moderadamente al perfeccionamiento de los pro­ductos cerámicos tradicionales. Las razones son fá­ciles de comprender :• La ciencia opera más en su te­rreno cuando trata sistemas sencillos ; en los sistemas sencillos se aplican y se consolidan unos principios básicos; estos conocimientos se van haciendo cada vez más aplicables, aunque lentamente, a sistemas de ma­yor complejidad; y la cerámica tradicional, que es la más compleja, queda siempre la última esperando a que se desarrollen tratamientos más generalizados, y entre­tanto sigue viviendo de elaboraciones empíricas y, en el mejor de los casos, de aproximaciones teóricas.

La cerámica no debe considerarse como una vieja artesanía que ha sido tecnificada por el inevitable in­flujo de los tiempos modernos, sino más bien como una parcela más de la ciencia de los materiales que, como tal, está vinculada por numerosísimos hilos a las restantes áreas de la ciencia. Sólo entendiéndola así será posible explotar su formidable potencialidad.

Analicemos ahora otro concepto. Resulta evidente que entre la idea científica—situada en un extremo— y el producto acabado y en servicio —situado en el otro extremo— existe una ininterrumpida cadena de talentos y habilidades, cada unp de los cuales, actuando de eslabón, cumple una función específica e impres­cindible. Y por esta cadena se transmite el pensamiento en un sentido y en otro.

Unas veces es el científico el centro emisor. La idea, expresada en lenguaje científico, es captada por el si­guiente eslabón, quien la traduce a otro lenguaje más técnico; la idea se va complementando con aportacio­nes cada vez más tecnológicas hasta que desemboca

en órdenes concretas para la fabricación y, finalmente, en estrategia de ventas.

Por el contrario, en otras ocasiones, es el mercado el que emite una exigencia. Esta exigencia es tradu­cida a un lenguaje técnico; del enunciado técnico se desglosan los diversos aspectos científicos significati­vos, los cuales se expresan en forma de interrogantes concretos que demandan al científico una solución.

En este último caso se pasa desde un enunciado vago, de mercado, como sería, por ejemplo : "estas piezas se rompen en servicio", a un enunciado técnico más concreto, como "las piezas tienen baja resistencia termomecánica" y, por último, a una expresión cientí­fica que, aparentemente, nada tiene que ver ni con las piezas ni con las roturas, como sería "estudiar la in­fluencia de la concentración de soluto sobre la aniso-tropía de dilatación de una solución sólida determi­nada".

A propósito de esta coordinación de los talentos, decía el conocido físico del estado sólido Frederick Seitz en 1963 : "La responsabilidad del desarrollo de materiales continuará siendo en el futuro una cuestión altamente cooperativa, y requerirá la actividad simbió­tica de diversas especies de científicos y de ingenieros. Cada grupo profesional verá la necesidad de apreciar más y más el papel de los restantes grupos. Ningún grupo profesional podrá considerarse autosuficiente. El futuro desarrollo del campo de los materiales depen­derá del esfuerzo que se haga para estimular la coope­ración entre los diversos grupos profesionales. Todos han de trabajar juntos en una atmósfera de mutuo respeto, nacido del sincero aprecio de su mutua de­pendencia".

No se puede decir más, ni mejor dicho, en tan po­cas palabras.

Está claro, pues, que los nuevos materiales sólo se nos darán como premio al trabajo interdisciplinario.

Cuando hablamos de trabajo interdisciplinario y de colaboración entre los diversos talentos para llegar a unos productos útiles, estamos aludiendo implícita­mente a la relación existente entre los métodos cientí­ficos y los métodos empíricos.

A este respecto, y soñando un poco, podríamos preguntarnos si algún día el cúmulo de conocimientos científicos será tan grande que puedan proyectarse y realizarse nuevos materiales prescindiendo del método empírico, con sólo poner en práctica las previsiones teóricas.

Utilizando una buena dosis de optimismo, diríamos que estas perspectivas las vemos ahora lejanísimas, aunque más honesto sería decir que no las vemos en absoluto.

Los métodos actuales de análisis científico sólo per­miten obtener una imagen muy esquemática de las propiedades de los materiales y de sus relaciones con la estructura. Esta imagen resulta más clara en los ma­teriales sencillos, pero se va desvaneciendo a medida que aumenta la complejidad de los mismos. Por ello, los métodos empíricos, guiados por las previsiones teóricas, aún habrán de ser durante mucho tiempo, quizá indefinidamente, los que digan la última palabra en el desarrollo de los nuevos materiales. Ahora bien, este ensalzamiento de los métodos empíricos no debe exagerarse, ya que de ningún modo puede admitirse que exista virtud en la ignorancia.

Al hablar del papel de la ciencia como respaldo de los avances tecnológicos, surge la tentación de inter-

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venir en la farragosa polémica sobre la definición de los distintos niveles o matices de la ciencia. Por su­puesto que yo no voy a caer en esa tentación, porque considero que lo importante es realizar la actividad científica, y lo muy secundario, catalogar esa actividad.

Para ilustrar lo difícil que es esa catalogación, y lo niovedizas que son todas las fronteras propuestas, po­dríamos citar como ejemplo el caso de la ciencia pura. Evidentemente "puro" significa exento de cualquier componente indeseable y, como es natural, cada uno puede considerar indeseable algo distinto. Staverman decía a este respecto que en la Edad Media se con­sideraba "ciencia pura'' a aquella que estaba exenta de herejía ; durante los siglos xviii y xix, en algunos ambientes, se consideraba "ciencia pura" a la que estaba exenta de religión, y en la actualidad, a veces se inclina uno a pensar que la "ciencia pura" es aque­lla que está exenta de capitalismo.

2. FACTORES QUE HAN CONTRIBUIDO AL DESARROLLO TECNOLÓGICO DE LA CERÁMICA

El hecho de que la cerámica haya pasado en los últimos años desde un estado de arte tecnológico ba­sado en un empirismo culto a otro estado que bien puede definirse como ciencia cerámica, no ha sido for­tuito, sino más bien el resultado de numerosas acciones concurrentes, todas ellas hijas de la natural evolución que está experimentando el pensamiento actual.

Sería demasiado ambicioso tratar de analizar todas esas acciones, y por ello nos vamos a limitar única­mente a señalar algunas de las más importantes.

Un primer hecho a analizar es que con la llegada en avalancha de múltiples nuevos materiales de los más variados orígenes, como son, por ejemplo, los materiales pulvimetalúrgicos, los cermets, la cerámica transparente, los materiales vitrocristalinos, los mate­riales reforzados con fibras, los conglomerados, etc., se ha perdido el respeto a las rígidas fronteras que sepa­raban antes a los diversos grupos de materiales tra­dicionales. Al derrumbarse estas fronteras han sur­gido fértiles campos para la creación de nuevos mate­riales.

Este hecho ha sido realmente afortunado, porque al borrarse en parte las tradicionales clasificaciones de los materiales, la mente ha quedado mucho más libre para abordar nuevas creaciones y para descubrir la potencialidad de muchos materiales mixtos nacidos en terrenos fronterizos.

Según el pensamiento actual, se fijan unas metas, unos cuadros de las características deseables en el nuevo material, y con la vista fija en esas metas, y apoyándose en los principios científicos existentes, se inicia libremente la investigación. Las soluciones pue­den hallarse, quizá, en materiales mixtos, enteramente nuevos, que no encajan en ninguno de los grupos tra­dicionales. En otros casos, el nuevo material surge por glorificación de alguna propiedad determinada, in­cluso en materiales de corte tradicional.

La pérdida de respeto que, en general, se ha pro­ducido hacia la tradicional agrupación de los mate­riales, ha infinido sobre la cerámica haciendo que ésta olvide sus viejas definiciones, amplíe su campo de acción, libere su mente, y se integre como un com­

ponente más, sin fronteras estrictamente delimitadas, dentro del ancho campo de la ciencia de los materiales.

Este movimiento liberador ha permitido a la cerá­mica elaborar esquemas de pensamiento enteramente nuevos, y dejar de ser simplemente arte del barro para convertirse en creadora de materiales especiales de óxidos puros o de otros compuestos bien definidos y controlados.

Otro factor que ha contribuido al desarrollo tecno­lógico de la cerámica ha sido la convicción de las in­dustrias de vanguardia, tales como la electrónica, la aeronáutica, la atómica, etc., de que, para mantener su ritmo de progreso, les es absolutamente necesario disponer de materiales cerámicos de propiedades cada vez mejores y más controladas.

Hoy está fuera de toda duda que el avance tecnoló­gico está casi siempre frenado por la ausencia de ma­teriales que cumplan determinados grupos de requi­sitos. Las propiedades de los materiales son, en rea­lidad, los factores limitantes del desarrollo de nuevos sistemas y artificios.

Resulta curioso observar cómo las propiedades de los materiales actúan de muro de contención, de dique contra el cual se represan multitud de ideas para las innovaciones más diversas, y de multitud de diseños para los más ingeniosos artificios, sin encontrar un ac­ceso a la realización práctica. Todo está contenido, por­que lo fácil es elaborar sobre el tablero de dibujo los planos de un determinado artificio o construcción, y lo difícil es hallar los materiales adecuados para cada uno de los componentes. Así resulta que, cuando se produce un descubrimiento que permite mejorar las propiedades de un material determinado, y ese nuevo material llega a estar disponible en el mercado, las múltiples ideas que se hallaban represadas encuentran vía libre para su realización y se produce un conside­rable avance tecnológico en los sectores más insospe­chados. No es necesario citar ejemplos a este respecto, porque están en la mente de todos.

Es frecuente, muy frecuente, que las investigaciones dirigidas a la creación de un nuevo material, o a la mejora de uno existente, se realicen con vistas a lograr un objetivo concreto, a cubrir un vacío tecnológico detectado y bien definido, y después, el material creado encuentre sus principales aplicaciones, no donde se preveía, sino en otros campos enteramente distintos. Por esta razón, al programar este tipo de investiga­ciones, es muy difícil adivinar cuáles pueden ser las repercusiones económicas de los resultados.

Tradicionalmente, las investigaciones sobre cerámica las realizaban casi exclusivamente las industrias del propio ramo y los laboratorios oficiales. Hoy, sin em­bargo, una parte importante de estas investigaciones es realizada por las industrias consumidoras de cerá­mica, tales como la electrónica, la metalúrgica, etc., y también por las industrias suministradoras de mate­rias primas para la cerámica.

Resulta claro que las industrias consumidoras tienen un gran interés en desarrollar nuevos materiales cerá­micos porque de este modo pueden cubrir las cre­cientes exigencias de calidad que les impone su propio desarrollo tecnológico.

En muchos casos, la mejora de la calidad de un com­ponente cerámico es esencial para lograr sistemas elec­trónicos más avanzados, o para producir ingenios que trabajan en condiciones más duras o con mayores ren-

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dimientos. Como es natural, en estos casos, son las propias industrias interesadas las que acometen las necesarias investigaciones, en vez de esperar a que sean las industrias cerámicas las que las realicen. Ne­cesitan disponer de productos cerámicos muy especia­les, y a ser posible de propiedad exclusiva, para me­jorar la calidad de sus fabricados y, por ello, no du­dan en acometer por su cuenta las investigaciones que sean necesarias.

En general, las investigaciones realizadas por estás industrias utilizadoras de la cerámica suelen ser de buen nivel, porque van dirigidas a optimizar alguna propiedad determinada, y para ello han de calar pro­fundo. Sin embargo, las investigaciones que hacen las empresas cerámicas, por lo común, van dirigidas a obtener productos polivalentes, poseedores de un buen conjunto de propiedades, aptos para ser ampliamente utilizados y para ocupar un lugar en los grandes mer­cados.

Otro factor que ha impulsado el desarrollo tecno­lógico de la cerámica ha sido la creciente mecanización y automatización que se ha impuesto para mantener la producción a un adecuado nivel económico. Este hecho exige a su vez un mejor control de los procesos cerámicos.

Resulta interesante observar cómo el ceramista, al verse precisado a controlar los procesos que intervie­nen en su fabricación ha sentido la necesidad de co­nocer las variables que gobiernan dichos procesos. Pero, ¿qué es conocer las variables que gobiernan los procesos? Pues es, sencillamente, conocer de verdad los procesos, es adentrarse en el conocimiento de la materia, es ciencia. Los procesos serán mejor controla­dos cuando sean mejor conocidos, y la cerámica será mejor cerámica cuando se fabrique mediante procesos mejor controlados.

Cuando el alfarero moldea en el torno su vasija, oprime con sus manos el barro, y establece un íntimo contacto entre su pulso y la dócil materia plástica. El siente cómo se deforma el barro por la presión de sus manos; él siente cómo responde la materia al aumentar o disminuir la velocidad de giro del torno ; él, sin sa­ber cómo ni por qué, gobierna magistralmente el sutil comportamiento de la masa plástica. Son inexplicables sensaciones que se transmiten desde sus manos a su cerebro, y son órdenes de acción que se transmiten desde su cerebro a sus manos. El no mide nada, él no conoce las leyes que rigen el complejo comportamiento reológico del barro, ni sabe una palabra acerca del sistema agua-arcilla, y sin embargo actúa como si do­minase dichas leyes.

Aquí la ciencia no es necesaria porque se ha pro­ducido una sublime compenetración sensorial del hom­bre con la materia. Pero ésto es artesanía, no indus­tria, y nosotros queremos saber lo que ocurre en la industria.

En la industria ocurre simplemente que el hombre no domina la materia directamente con sus sentidos, sino que la gobierna a través de máquinas, y a través de instrumentos que a su vez regulan el funcionamien­to de esas máquinas. Esa misteriosa fusión sensorial del hombre con la materia desaparece al interponerse la máquina entre ambos. Y la máquina es máquina, y no responde amorosamente a las veleidades de la ma­teria del mismo modo que lo hace el hombre.

De todo ello resulta que ahora el hombre necesita

conocer las leyes que rigen el comportamiento de la materia para fijar las condiciones de trabajo de la máquina. Y necesita también estrechar los límites de variabilidad de composición y de comportamiento de la materia para que se ajuste a los estrictos requeri­mientos de funcionamiento de la máquina.

Una máquina automática de moldeo fabrica miles de piezas bien si las condiciones de la pasta y de la má­quina son adecuadas, y rompe miles de piezas si existe un desacuerdo entre las condiciones de ambas.

Ejemplos como éste podrían ponerse muchos, pero con uno basta para ilustrar el profundo cambio de mentalidad que exige la transformación a una produc­ción industrial moderna.

La producción industrial de la cerámica requiere:

a) Uniformidad de tamaño y de forma de las pie­zas, de modo que las desviaciones que se produzcan sean inferiores a las tolerancias admitidas.

b) Reproducibilidad de la composición y de las pro­piedades en largas series de piezas.

c) Homogeneidad de composición y de textura dentro de una misma pieza.

d) Ausencia de defectos visibles u ocultos.

Todos estos requerimientos son muy fáciles de enu­merar, pero muy difíciles de cumplir en la práctica, porque detrás de cada uno de ellos se oculta un en­jambre de problemas. Hacer que todo ocurra igual supone nada menos que saber lo que ocurre.

Cuando se busca la quintaesencia de las virtudes cerámicas, todos los caminos conducen hacia una pa­labra, y esta palabra es: ''Homogeneidad". Cualquiera que sea el problema cerámico que se considere, la solución estará siempre relacionada de algún modo con la palabra homogeneidad.

Así, por ejemplo, se desea homogeneidad en la tem­peratura del horno, con el fin de que las piezas resul­ten igualmente cocidas. Por una parte, interesa que no existan variaciones de temperatura dentro de una misma pieza, ya que si dichas variaciones existiesen y fuesen ostensibles, se producirían variaciones de ta­maño desiguales en distintas partes de la misma, lo cual equivale a decir que la pieza se deformaría. Ade­más, estas diferencias en el grado de cocción conducen invariablemente a la creación de tensiones internas y al deterioro de las propiedades mecánicas. También conducen a heterogeneidades microestructurales que deterioran otras propiedades. Por otra parte, interesa evitar la existencia de diferencias de temperatura de unas piezas a otras, ya que la producción industrial exige una gran homogeneidad en el tamaño y en las propiedades de las piezas. Las producciones se valoran según métodos estadísticos aplicados a dimensiones y propiedades, y tanto unas como otras varían con el grado de cocción.

Análogos razonamientos podríamos hacer al hablar de la homogeneidad de la atmósfera del horno, debido a las activas interacciones que tienen lugar entre las piezas y la atmósfera durante la cocción.

Se desea también homogeneidad en la distribución de tamaños de partículas en las pastas, y es bien co­nocido que en el camino que media entre la prepara­ción y homogeneización de la pasta, y la propia ope­ración de moldeo, acechan numerosos enemigos de la

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homogeneidad. Así, por ejemplo, en las barbotinas cerámicas para colaje, como suspensiones que son, tienden a producirse sedimentaciones de las partículas más gruesas, y en las composiciones refractarias tam­bién se producen segregaciones de granos al circular el material granular por cintas tansportadoras y tolvas. A veces es durante el mismo moldeo cuando tienden a producirse las segregaciones de tamaños de grano, si no se toman las debidas precauciones, como ocurre, por ejemplo, en el llenado de los moldes para obtener piezas prensadas, o durante la propia operación de colaje si ésta es larga y la barbotina no es suficiente­mente estable. En este último caso pueden producirse defectos muy apreciables.

En otros casos la heterogeneidad se nos presenta en forma de diferencias de orientación de las partículas anisodimensionales que constituyen la pasta, tal como ocurre, por ejemplo, en el moldeo de masas arcillosas por extrusión, por colaje o por cualquier otro método. Estas diferencias en el grado y en la dirección de la orientación de las partículas, pueden producir defor­maciones, tensiones internas e incluso roturas de las piezas. Y lo más grave es que la orientación de las partículas es prácticamente inevitable.

Otro de los muchos aspectos de la heterogeneidad es el del arrastre de sales solubles hacia zonas superficia­les de las piezas durante el secado de las mismas, lo cual produce diferencias de composición química den­tro de las piezas, con todas las graves consecuencias que ello lleva consigo.

No vamos a seguir citando más ejemplos, porque ello nos llevaría a repasar ordenadamente todos los aspectos de la cerámica, pero sí que debemos señalar que la resolución de cada uno de los casos de hete­rogeneidad puede requerir conocimientos enraizados en los más diversos campos de la ciencia.

Hasta tal punto es apreciada en cerámica la homo­geneidad que el concepto de heterogeneidad es asocia­do habitualmente al concepto de defecto. Defecto y heterogeneidad se confunden casi siempre en la mente del ceramista.

Por otra parte, conviene recordar las estrechas re­laciones que existen entre homogeneidad y calidad, relaciones que no quedan vagando por las regiones etéreas, sino que se proyectan directamente y sin am­bigüedad sobre los más prosaicos estratos de la eco­nomía. Hablando claramente, la homogeneidad es ca­lidad, y la calidad es precio. Un artículo de primera calidad se vende a más precio que uno de segunda, y éste a más precio que uno de tercera, aunque el costo de producción de todos ellos haya sido el mismo. Siendo constante el costo de fabricación, se comprende la importancia que para la economía de la empresa tienen las proporciones de primeras, segundas y ter­ceras calidades que produce. Y aquí hablamos sola­mente de las calidades vendibles. No hablamos de las piezas rotas, que también ocupan un lugar en el co­razón del fabricante, porque arrastran al vertedero los costos invertidos en su producción.

Siguiendo con atención este entramado que existe entre los conceptos de precio, calidad y homogenei­dad, vemos cómo para lograr el fin último, que es el precio, hemos de considerar todos los factores tecno­lógicos que de un modo u otro afectan a la homoge­neidad, y dichos factores tecnológicos no podrán ser bien conocidos si no se interpretan a la luz de cono­cimientos científicos más básicos.

3. COLABORACIÓN CIENTÍFICA EN EL CAMPO DE LA CERÁMICA

En una reunión científica celebrada el año 1962 en la Universidad del Estado de Pennsylvania, decía Rus-tum Roy que los problemas cerámicos pueden situarse dentro de un diagrama ternario cuyos componentes son: física de sólidos - química de sólidos - ingeniería cerámica.

La existencia de este diagrama indica que si se desea hacer investigación de auténtico valor dentro de la ce­rámica hay que contar con equipos interdisciplinarios compuestos por personas especializadas en los diversos campos. Siguiendo este símil, hay que operar con una mezcla de tres personas que representan las disciplinas indicadas, y no con una solución sólida de las tres mentalidades en una misma persona. Es muy difícil hallar una persona con una mentalidad múltiple, que pueda representar adecuadamente este campo de so­lución sólida ternaria. El único modo de operación viable es la colaboración de tres personas distintas, con buena formación en sus campos específicos y con su­ficientes conocimientos de los campos adyacentes para hacer posible una colaboración fructífera.

Parece estar fuera de toda duda que la investigación que conduce a resultados más positivos en el campo de los materiales es aquella que se realiza sobre una base interdisciplinaria.

Es un hecho cierto que cuando intentamos concre­tar perdemos el sentido de la generalización, y cuando generalizamos perdemos el sentido de la concreción. Generalización y concreción se nos muestran como incompatibles, y por ello, pensamos que el modo de abordar los complejos problemas de la cerámica es el de yuxtaponer conocimientos concretos, elaborados por especialistas, hasta formar un mosaico en el cual re­sulten visibles las líneas de una imagen más completa. Esto es, ni más ni menos, lo que queremos significar cuando hablamos de la investigación cerámica estable­cida sobre una base interdisciplinaria.

Para que sea posible este trabajo interdisciplinario es necesario que exista una intencionalidad en el agru-pamiento y en la conexión de las distintas personas especializadas.

Como es natural, existen muy pocos especialistas en física de sólidos, en química de sólidos y en ingeniería cerámica. Si las colisiones entre ellos han de estar gobernadas únicamente por las leyes del azar, no es de esperar que se produzcan muchas de estas coli­siones, y aún lo serán en menor número las de tipo ternario. Además, de todas las colisiones producidas, solamente unas pocas serán eficaces.

Este ingenuo y divertido razonamiento nos lleva a afirmar la necesidad de estimular la frecuencia de estas colisiones, y para ello, pensamos que el camino más lógico es el de producir aumentos locales de concen­tración, como ocurre en los fenómenos de adsorción sobre superficies de interfase. Lo interesante es, pues, disponer de una base común de interés general para científicos de muy diversas especialidades, que sirva como superficie de adsorción, en cuyas cercanías se produzcan las deseadas colisiones eficaces.

Yo me atrevería a decir que la cerámica, considerada en su más amplio sentido, tiene un formidable poder para conjugar un gran número de aspectos de la cien­cia, y puede, por tanto, servir de base para una activa interfecundación entre diferentes campos científicos.

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De esta interfecundación saldrían beneficiadas las cien­cias concurrentes y además, como un subproducto va­liosísimo, la tecnología cerámica, y de un modo más general, la ciencia y la tecnología de los materiales.

4. INTERESES CIENTÍFICOS QUE CONCURREN EN LA CERÁMICA

Tratemos de dar, en unas breves pinceladas, una imagen de las operaciones principales que intervienen en la fabricación cerámica.

Como base de partida se toman diversas sustancias inorgánicas, naturales o artificiales, en estado granu­lar. La cerámica opera siempre con sistemas de par­tículas. En unos casos se utilizan partículas de una sola sustancia, como ocurre, por ejemplo, en la sinte-rización de óxidos más o menos puros, y en otras se emplean mezclas de partículas de diversas sustan­cias, como es el caso de toda la cerámica tradicional.

Siguiendo diversos métodos de moldeo, se empa­quetan estos sistemas de partículas en unos volúmenes que tienen la forma de las piezas deseadas. Evidente­mente, en este estado, las partículas y los poros se reparten el espacio total de la pieza y, dado que las uniones entre las partículas aún son muy débiles, la pieza posee una escasa resistencia mecánica. Esto aún no es cerámica.

Las piezas recién moldeadas sufren un primer trata­miento térmico para eliminar el vehículo líquido, acuo­so o no acuoso, que ha servido como componente au­xiliar y fugaz para facilitar la operación de moldeo.

Después comienza el tratamiento térmico principal —la cocción— que ha de servir para dar a las piezas su volumen y sus propiedades definitivas. A todo esto hay que añadir las operaciones que tienen por objeto modificar la superficie de las piezas con fines prácticos o decorativos.

Apoyándonos en este esquema super-simplificado, vamos a entresacar algunos de los problemas principa­les con que se encuentra la cerámica.

En primer lugar debe centrarse la atención en los sistemas de partículas, los cuales han de ser estudiados en sus aspectos fundamentales, incluso si se quiere, haciendo caso omiso de su posterior uso para fabricar cerámica. Aquí nos movemos en un terreno común con otras muchas tecnologías que emplean sistemas particulados. En una etapa posterior, ya habrá que considerar los aspectos específicos de los sitemas par­ticulados aplicados a la cerámica.

Es evidente que antes de considerar las propiedades y el comportamiento de los sitemas de partículas hay que conocer cómo son las partículas individuales, lo cual abarca desde los aspectos fundamentales de la estructura de la materia hasta las propiedades caracte­rísticas de las superficies de los sólidos, con especial atención a los estados de fina y ultrafina división.

Al estudiar las propiedades de los sistemas particu­lados, habremos de tener presentes los aspectos mor­fológicos y de tamaño de grano que rigen el empaque­tamiento de la materia en el espacio, lo cual, en el caso ideal más simple, cae exclusivamente dentro de la competencia de la geometría.

Por otra parte, habremos de considerar las mutuas interacciones que se ejercen entre las partículas, las cuales condicionan la aglomeración o la dispersión de las mismas. En el caso más sencillo habremos de ma­

nejar un sistema particulado de una sola sustancia, pero en la mayoría de los casos necesitaremos enfren­tarnos con sistemas más complejos, formados por dos o más sistemas de partículas de sustancias diferentes, lo cual supone estudiar el acoplamiento en una sola, de varias distribuciones granulométricas, con las natu­rales complicaciones adicionales que aportan los fe­nómenos de superficie.

Se puede decir que en muy pocos procedimientos de moldeo se prescinde enteramente del vehículo líquido auxiliar. Lo normal es que el sistema de partículas haya de tratarse en conjunción con unas ciertas can­tidades de líquido, lo cual abre una serie de interro­gantes acerca de las interacciones de dichas partículas sólidas con el vehículo líquido y con los electrolitos que este líquido pueda contener. Importantes aspectos de la tecnología cerámica se hallan estrechamente vinculados a la coloidequímica.

En general, durante las primeras etapas de la ma­nipulación cerámica hemos de dirigir la mirada hacia tres objetivos: 1) Lograr un máximo empaquetamien­to de la materia. 2) Asegurar un adecuado comporta­miento reológico de la sustancia a moldear. 3) Obte­ner una buena homogeneidad y una microestructura óptima de la pieza moldeada. En realidad, este último objetivo recoge el espíritu de los otros dos y, por tanto, todas las operaciones previas al moldeo, y el moldeo mismo, van orientadas a obtener una adecuada microestructura de la pieza cruda.

La idea que vamos a exponer ahora es elemental, pero muy importante. En todas las operaciones que anteceden al moldeo, y también durante el moldeo, las partículas son libres de moverse unas con respecto a otras, aunque esta libertad de movimiento de las par­tículas individuales quede disminuida por la forma­ción de agregados y por la acción viscosa del líquido de amasado. Sea como fuere, el hecho es que las par­tículas al moverse, cambian de vecinas. Por el contra­rio, una vez moldeada la pieza, las partículas quedan fijas en unas posiciones determinadas, y así quedan establecidas unas mutuas relaciones de vecindad, que ya son definitivas. Hasta que llega ese momento, el ceramista puede utilizar su imaginación para compo­ner las más diversas agrupaciones de partículas, las cuales, como después veremos, influyen notablemente sobre la evolución que ha de sufrir el producto durante la cocción.

En la fabricación de productos cerámicos sinteri-zados de un solo componente, esta fijación de posi­ciones no es trascendental, porque todas las partículas poseen la misma composición química, y durante la cocción no van a ser protagonistas de más reacciones químicas que aquellas que se deriven de la interacción con la atmósfera. Este caso es el más sencillo, debido a que en la sinterización propiamente dicha se manejan conceptos esencialmente físicos y, desde el punto de vista físico, no son de esperar apreciables variaciones de propiedades de unas partículas a otras de la misma sustancia.

Por el contrario, cuando en la formulación de una pasta cerámica intervienen dos o más clases de partícu­las de composiciones químicas distintas, ya no son indiferentes las relaciones de vecindad de las partícu­las, puesto que en dichas posiciones han de afrontar las reacciones químicas con sus vecinas.

Junto con el concepto de composición química de las partículas, hemos de manejar también los de tamaño

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A. GARCÍA VERBUCH

y forma de las mismas, ya que las relaciones de ve­cindad están supeditadas asimismo a dichos concep­tos. A título de ilustración, veamos el caso típico de una porcelana triaxial, en la cual el tamaño de las partículas de la fracción arcillosa es muy inferior al de los granos de cuarzo y de feldespato, que han sido obtenidos por molienda. Al existir estas grandes dife­rencias de tamaño de grano, resulta que la fracción arcillosa envuelve tanto a los granos de cuarzo como a los de feldespato, y los contactos entre cuarzo y fel­despato predominantes son los de feldespato con ar­cilla y los de cuarzo con arcilla. Las reacciones que se produzcan después, al menos en las etapas iniciales, habrán de limitarse a los contactos intergranulares ñja-dos durante el moldeo.

Manejando adecuadamente las variables de forma y tamaño de los diversos grupos de partículas que in­tervienen en la composición cerámica, es posible actuar sobre los mecanismos de las transformaciones que se producen durante la cocción y sobre la microestruc-tura de la pieza cocida.

Este hecho, como tantos otros, demuestra que en la fabricación cerámica no existen operaciones aisla­das o independientes; todas están relacionadas por vínculos estrechísimos. Las piezas cocidas que salen por la boca del horno guardan en sus entrañas las huellas de todas las operaciones a que fueron some­tidas durante la fabricación. Por esta razón, para actuar sobre la calidad de las piezas hay que tomar en con­sideración todas y cada una de las operaciones que in­tegran el ciclo de fabricación.

Con el ñn de obtener una imagen esquematizada de la fenomenología cerámica, resulta útil considerar, por una parte, todas las inter-relaciones que gobiernan el comportamiento de la materia en frío y, por otra, el conjunto de fenómenos que se producen durante la cocción. En el primer caso operamos con conceptos geométricos y con acciones físico-químicas sutiles, en las cuales se producen bajas transferencias de ener­gía, como son, por ejemplo, los fenómenos superñciales. Por el contrario, la cocción de las piezas cerámicas nos sitúa ante fenómenos más brutales, que suponen im­portantes transferencias energéticas y profundas trans­formaciones de la materia.

Conviene recordar a este respecto que el ceramista prepara en su horno nuevos compuestos químicos me­diante reacciones complicadas, pero a diferencia del químico preparativo, el ceramista tiene su sistema reac­cionante dentro de un marco geométrico que es el de la propia pieza. El ceramista no está tan interesado en el rendimiento de las reacciones como el químico pre­parativo, porque él no vende toneladas de productos

químicos sintetizados, sino número de piezas fabrica­das sanas, de buenas propiedades físicas y químicas y de una aceptable geometría.

Así resulta que al ceramista le interesan las reac­ciones químicas solamente como medio imprescindible para lograr unos productos que posean unas propie­dades determinadas, y estas propiedades están ligadas, no solamente a los aspectos químicos de las piezas, sino también a los parámetros microestructurales de las mismas. Por esta razón, no es de extrañar que al ceramista le preocupen también, de modo muy im­portante, todos los aspectos físicos de las transforma­ciones y del producto, como son, por ejemplo, el com­portamiento a la dilatación y las propiedades mecá­nicas intrínsecas de las fases creadas, los tamaños y las orientaciones de los granos que constituyen el pro­ducto, las propiedades eléctricas o magnéticas de las fases engendradas durante la cocción, etc.

Entre los muchos aspectos cientíñcos que concurren en las transformaciones a alta temperatura, podemos citar las imperfecciones en los sólidos cristalinos in­orgánicos y su signiñcación para interpretar los fe­nómenos de difusión en estado sólido, la conduc­ción eléctrica, etc.; la difusión en fundidos y la evaluación cinética de las reacciones sólido-líquido; la nucleación y el crecimiento de cristales, que afectan a campos tan interesantes como el crecimiento de grano en sólidos policristalinos, la formación de materiales vitrocerámicos y la cristalización de refractarios elec-trofundidos; la sinterización, tanto en estado sólido como en presencia de fase líquida; las transformacio­nes de fases, con su inñuencia sobre la reactividad y sobre la creación de microtensiones en sólidos cerámi­cos; las reacciones químicas entre sólidos; las reac­ciones entre sólidos y gases, incluyendo la descompo­sición térmica de algunos minerales y compuestos, y la interacción entre los constituyentes cerámicos y la at­mósfera del horno; el efecto de los tratamientos tér­micos sobre las microestructuras, con aspectos tan in­teresantes como el de la evolución de la porosidad, etc. A esto hay que añadir el estudio de las relaciones exis­tentes entre los parámetros microestructurales y las propiedades de los sólidos cerámicos, y también el es­tudio del comportamiento de la cerámica frente a las múltiples acciones agresivas a que está sometida cuan­do se halla en servicio.

Para ñnalizar diremos que la cerámica, con su espesa frondosidad de matices, es hoy, y será durante mucho tiempo, estimulante fuente de inspiración para la crea­ción científica en los más diversos campos, y poderoso acicate para el desarrollo tecnológico. La viña es gran­de y los frutos prometen ser copiosos.

JULIO-AGOSTO 1975 349

Taller de Porcelana Derby Una pequeña áncora pintada en

rojo, marrón u oro se encuentra algunas veces pintada en la porcelana Derby de 1760-80. Es normalmente una marca de Chelsea.

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1

Fábrica de Porcelana de Lowestoft 1757-1802

Desde atededor de 1775 a 1790 esta fáhñca usaba la marca de Worcester, del cuarto creciente. (También aparece un cuartocreciente en las reproducciones francesas de Worcester].

i f \ ^

Wedgwood & Co. (Ltd.) 1860 Estas marcas a menudo se

confunden con las de fosiah Wedgwood B Sons Ltd.

Taller de Porcelana de Coalport, desde 1795

Marca: espadas cruzadas: 1810-15, pintada en azul bajo el esmalte. Las espadas cruzadas también se encuentran en porcelanas de otras fábricas y es una copia de la marca de MEISSEN.

Worcester Imita marcas orientales pintadas

en azul bajo el esmalte en 1753-65. Marcas similares también usadas en la fábrica de Bow.

Porcelana de Bristol 175Ü-1780 ¡Otra vez la marca con espadas

cruzadas de Meissen/ Quizá la más copiado de todas las morcas de porcelana.

• 11 • s ellos podrían estar equivocados

C uando un experto examina una pieza de porcelana antigua o de barro, mira

primero el color, la calidad y el estilo de la decoración. Luego la calidad del cuerpo y la textura del esmalte. Y cuando al final haya llegado a una conclusión, buscará la marca.

Y la marca puede confirmarle o no lo que piensa. Porque es mucho más fácil copiar una marca que falsificar el objeto verdadero.

Esta es más bien la manera en que nosotros, en la ECC, consideramos nuestras arcillas. Olvide nuestro nombre. Olvide nuestra mina y nuestra marca, nuestra reputación y nuestros ochenta años de existencia en este negocio. Sólo examine nuestros productos.

Atentamente. Analícelos y compárelos

con cualquier cosa comparable que pueda u sted encontrar.

De ese modo, po lo menos sabrá usted por lo que está pagando.

Y en estos tiempos es una buena cosa saber eso.

® ENGLISH CHINA CLAYS CERAMIC DIVISION Agente Distribuidor en España: Comercial Química Massó, S.A., Viladomat, 321''5, Barcelona -15. Telefono: Barcelona 3218300. Telex: 54677. English China Clays Sales Company Limited, Oficina Central: John Keay House, St. Austell, Cornwall, Inglaterra. Teléfono: St. Austell 4482. Telex: 45526.

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