Odlévání do sádrových forem: od míchání šlikru po začištěný a vypálený střep

Licí keramika stojí na několika veličinách, které spolu neustále souvisejí: na složení a hustotě šlikru, na množství elektrolytu, na vlhkosti sádrové formy a na čase, který hmota ve formě stráví. Změní-li se jedna z nich, ostatní se posunou také — a výsledkem bývá buď tenká, křehká stěna, nebo naopak střep, který se z formy nechce pustit.

Tento text sleduje jeden odlitek po celé jeho cestě dílnou a u každého kroku popisuje, co se ve hmotě a ve formě fyzikálně děje, jaké hodnoty se v běžné dílenské praxi sledují a podle čeho se pozná, že něco nesedí.

Řada odlitých keramických dílů vyjmutých z forem, srovnaných na pracovním stole dílny

Odlité díly krátce po vyjmutí z forem. V tomto stavu má střep ještě vysokou vlhkost, drží tvar jen díky sádře, která z něj vodu odebrala, a snadno se deformuje tlakem prstů.

01 / Licí hmota

Šlikr a elektrolyty: proč se hustá suspenze chová jako voda

Šlikr je vodní suspenze jílových a nejílových surovin, která musí být zároveň hustá i tekutá. To zní jako protimluv, ale právě o tento rozpor jde. Kdyby stačilo přidat vodu, byla by věc jednoduchá — jenže každý litr vody navíc musí forma vysát a odlitek se o něj později smrští. Cílem je proto dostat co nejvíc sušiny do co nejmenšího množství vody a přesto zachovat hmotu dostatečně pohyblivou, aby zatekla do všech detailů.

Řešení nespočívá v ředění, ale v úpravě povrchového náboje jílových částic. Jílové destičky nesou po hranách a plochách rozdílný náboj a mají sklon se spojovat do vloček, které na sebe vážou vodu a zvyšují zdánlivou viskozitu. Elektrolyt — nejčastěji vodní sklo, uhličitan sodný nebo jejich kombinace, případně organické disperganty — tento sklon potlačí. Částice se navzájem odpuzují, přestanou tvořit shluky a uvolní vodu, která byla dosud vázaná uvnitř vloček. Hmota se rozteče, aniž by se do ní cokoli přililo.

Dávkování je citlivé a nelineární. Do určitého bodu každá další kapka elektrolytu tekutost výrazně zlepší; za tímto bodem se suspenze začne opět zahušťovat, stává se lepivou a tvoří na povrchu formy měkkou, mazlavou vrstvu, která špatně pouští vodu. Přeelektrolytovaný šlikr se navíc hůř slévá a odlitek z něj bývá měkký a náchylný k trhlinám. Proto se elektrolyt přidává po malých dávkách, vždy s dostatečným rozmícháním, a účinek se posuzuje až po ustálení — ne bezprostředně po nalití.

Co ovlivňuje potřebné množství elektrolytu

Druh a podíl jílových složek: plastické jíly a bentonitové přísady spotřebují znatelně víc než kaolinové receptury.
Tvrdost a složení vody: vápenaté a hořečnaté ionty působí proti ztekucení a mohou hmotu vracet do vločkovaného stavu.
Podíl vratného materiálu: rozmočené odlitky a odřezky nesou z předchozího cyklu vlastní dávku elektrolytu i soli.
Teplota hmoty: chladnější šlikr bývá zdánlivě hustší, teplejší tekutější, aniž by se cokoli změnilo ve složení.
Doba zrání: čerstvě namíchaná suspenze se během několika hodin až dnů ustálí a chová se jinak než hned po smíchání.

Z toho plyne praktický důsledek: recept na šlikr nikdy není konstanta. Zapisuje se jako výchozí bod, ale každá nová várka se doladí podle chování konkrétní hmoty. Dílenský sešit s poznámkami o tom, kolik elektrolytu si která várka vyžádala a jak se přitom chovala, je užitečnější než přesná tabulka převzatá odjinud.

02 / Měření

Hustota a tekutost: dvě čísla, která se posuzují společně

Hustota se v dílně měří nejjednodušeji vážením známého objemu — odměrná nádoba o pevném objemu se naplní po rysku, zváží a hmotnost se přepočte na gram na centimetr krychlový. Hustoměry se používají také, ale u husté suspenze bývají méně spolehlivé, protože se na nich usazuje hmota. Podstatné je, aby se měřilo pokaždé stejným způsobem, stejnou nádobou a při srovnatelné teplotě; absolutní přesnost je méně důležitá než porovnatelnost mezi várkami.

Tekutost se sleduje výtokovým pohárkem: změří se čas, za který definovaným otvorem vyteče daný objem hmoty. Toto číslo samo o sobě nic neříká — vypovídající je až ve dvojici s hustotou. Šlikr může být řídký proto, že obsahuje málo sušiny, nebo proto, že je dobře ztekucený. První případ vede k tenkým stěnám a dlouhému nabírání, druhý je přesně to, co chceme.

Kromě okamžité tekutosti se posuzuje ještě tixotropie, tedy sklon hmoty tuhnout v klidu a znovu zřídnout při promíchání. Určitá míra tixotropie je žádoucí: pomáhá odlitku držet tvar po slití a brání stékání hmoty ze stěn. Přílišná tixotropie se ale projeví tak, že šlikr v nádobě během několika minut ztuhne do rosolovité konzistence, špatně zatéká a v odlitku zanechává nerovnoměrnou tloušťku. Měří se srovnáním výtokového času ihned po zamíchání a po několika minutách klidu.

Krátká kontrola před litím

Hmotu důkladně promíchat ode dna, aby se rozptýlily usazené těžší podíly.
Nechat několik minut odstát, aby unikly vmíchané vzduchové bubliny.
Zvážit odměrný objem a porovnat s hodnotou zapsanou u předchozí funkční várky.
Změřit výtokový čas a zopakovat měření po klidové pauze, kvůli tixotropii.
Prohlédnout povrch hladítkem — hrudky a nerozmíchané shluky se do formy nesmí dostat.
Případnou úpravu provést po malých krocích a znovu změřit, ne odhadem.

Sítování před litím se často podceňuje. Suspenze prošlá sítem má nejen menší riziko hrudek, ale i vyrovnanější chování při nabírání, protože se rozbijí lokální shluky, které by jinak zpomalovaly odsávání vody v konkrétním místě formy.

03 / Forma

Sádrová forma a její nasákavost

Sádrová forma není jen negativní tvar. Je to porézní těleso, které z přiléhající vrstvy šlikru kapilárně odsává vodu, a právě tím vzniká střep. Kolik vody dokáže odebrat a jak rychle, závisí na pórovitosti sádry, ta zase na poměru sádry a vody při odlévání formy. Řidší sádrová kaše dá formu pórovitější, nasákavější a rychlejší, ale zároveň měkčí a méně odolnou; hustší kaše dá formu tvrdou a trvanlivou, která ale nabírá pomaleji.

Kromě poměru rozhoduje způsob míchání. Sádra se sype do vody, nechá se nasáknout a teprve pak se rozmíchá — obrácený postup vede k hrudkám a nerovnoměrné struktuře. Vmíchaný vzduch zanechává v pracovní ploše bubliny, které se po prvních cyklech otevřou a otisknou se do každého dalšího odlitku.

Vlhkost formy jako proměnná

Forma je použitelná v poměrně úzkém pásmu vlhkosti. Úplně suchá, čerstvě vysušená forma nabírá prudce, hmota k ní přilne a odlitek se z ní špatně uvolňuje; navíc na styku vzniká napětí, které se později projeví trhlinami. Naopak forma, která je po několika odlitcích za sebou nasycená, přestává vodu odebírat, doba nabírání se protahuje a stěna zůstává tenká a měkká. Rytmus dílny se tedy neřídí jen tím, kolik odlitků potřebujeme, ale i tím, kolik forem máme k dispozici a jak dlouho jim trvá vyschnout.

Nová forma se před prvním použitím nechá důkladně vyzrát a několikrát se propere, aby se z povrchu odstranil volný vápník.
Mezi cykly se forma suší při mírné teplotě a proudění vzduchu; prudké sušení ji trhá a hrany se drolí.
Sušit se má rovnoměrně ze všech stran, jinak jedna část nabírá rychleji než druhá a stěna odlitku vyjde nestejná.
Formy s výrazně odlišnou vlhkostí se v jedné sérii nemíchají, výsledky by nebyly porovnatelné.
Vlhkost lze hrubě posoudit vážením formy — suchá a nasycená forma se liší znatelně.

Police dílny se sádrovými formami, nářadím a rozpracovanými keramickými díly

04 / Čas

Doba nabírání střepu a slití přebytku

Po naplnění formy začne na jejím povrchu narůstat vrstva odvodněné hmoty. Roste rychle na začátku a stále pomaleji, protože už vytvořený střep sám tvoří překážku, přes kterou musí voda k sádře prostupovat. Zdvojnásobení tloušťky proto nevyžaduje dvojnásobný čas, ale výrazně delší — vztah je přibližně odmocninový a v praxi to znamená, že se silnější stěny vyplácí spíš získat pomalejší, hustší hmotou než trpělivým čekáním.

Během nabírání hladina ve formě klesá, jak se voda odebírá a hmota sedá. Formy se proto v průběhu doplňují, aby horní okraj nezůstal tenčí než zbytek. Doplňuje se stejným šlikrem a plynule, ne prudkým dolitím, které by narušilo už vzniklou vrstvu.

Slití přebytku je krátký, ale rozhodující okamžik. Forma se nakloní plynulým pohybem a nechá vytéct do připravené nádoby; prudké převrácení strhne měkkou vnitřní vrstvu a zanechá na stěně vlnu nebo zeslabené místo. Po slití se forma nechá chvíli ve skloněné poloze okapat, aby zbytek hmoty nestékal zpět dovnitř a netvořil na dně nálitek.

Jak se pozná správný okamžik

Tloušťku lze kontrolovat řezem na okraji nálevky, kde se přebytečná hmota stejně odstraňuje.
Čas se měří od naplnění, ne od začátku míchání, a zapisuje se spolu s hustotou a stavem formy.
Stejný model ve dvou různě vlhkých formách si vyžádá jinou dobu — číslo z minulého týdne je vodítko, ne pravidlo.
Slitý šlikr se vrací do zásobní nádoby až po přesítování; nese s sebou vodu odsátou z formy a mění hustotu celé várky.

Po slití následuje fáze, kdy střep ve formě dále odevzdává vodu a začíná se smršťovat. Právě smrštění jej odtáhne od stěn formy a umožní vyjmutí. Vyjmout příliš brzy znamená deformovat měkký díl; nechat ve formě příliš dlouho znamená, že se střep sevře kolem výstupků a při rozebírání praskne.

05 / Začištění

Rozebrání formy a zpracování švů

Dělená forma se rozebírá v pořadí, které odpovídá tvaru dílu: nejdříve se sejmou části, jež nedrží žádný podkos, teprve nakonec ta, na které odlitek spočívá. Táhne se rovnoběžně se směrem rozebrání, nikdy šikmo — jinak hrana formy zaryje do měkkého střepu. Pokud část nejde uvolnit, obvykle to znamená, že střep ještě není dostatečně smrštěný, a chvíle čekání pomůže víc než síla.

Na místě dělící roviny zůstává na odlitku vytlačený hřebínek. Odstraňuje se ve stavu kožené tvrdosti, kdy je hmota pevná, ale ještě se dá krájet: nejprve se hřeben seřízne nožem nebo škrabkou vedenou podél švu, pak se plocha srovná gumovým hladítkem a nakonec se přejede vlhkou houbičkou. Suché přebroušení je až poslední možnost — vytváří prach, zanechává matné pásy a při glazování se rozdílná struktura povrchu často projeví.

Čemu se při začišťování vyhnout

Silně mokré houbě: vyplaví jemné podíly a na švu zůstane pískavý, otevřený povrch.
Škrábání do sucha na plné čepeli: čepel poskakuje a zanechává řadu drobných zářezů.
Zaoblení švu do prohlubně: v okolí vznikne měkký přechod, který se po glazuře projeví jako stín.
Práci s nedosušenými dlaněmi na tenkostěnném dílu: otisk prstů se z tenké stěny už nedá vytlačit zpět.

Otvory, nálevkové okraje a přechody se zpracovávají ve stejné fázi. Ořezaný okraj se zarovná a lehce zpevní, aby při sušení nezačal praskat — právě volné hrany jsou místem, kde se smrštění projeví nejdřív.

06 / Sušení

Sušení a smrštění před výpalem

Sušení není pasivní čekání, ale technologický krok s vlastními pravidly. Odchod vody probíhá ve dvou fázích. V první odchází voda mezi částicemi, částice se k sobě přibližují a díl se zmenšuje — to je vlastní sušicí smrštění a v této fázi vzniká většina trhlin. Ve druhé fázi odchází voda z pórů, rozměr se už prakticky nemění a riziko je nižší.

Trhliny nevznikají proto, že se hmota smršťuje, ale proto, že se smršťuje nerovnoměrně. Tenká hrana vyschne dřív než tlustší dno, zastaví se, zatímco okolí se ještě stahuje, a v přechodu vzniká tah. Řešení proto nespočívá v pomalejším sušení jako takovém, ale ve vyrovnání podmínek: přikrýt rychleji schnoucí části, obrátit díl, omezit průvan z jedné strany.

První hodiny po vyjmutí z formy jsou nejcitlivější; díl se v této době nechá zvolna schnout v uzavřeném prostoru.
Díly se ukládají na savou podložku, aby dno neschlo znatelně pomaleji než stěny.
Přilepené části — ucha, výlevky, nožky — se přidávají ve stavu kožené tvrdosti a jejich vlhkost se sjednotí s tělem dílu.
Tenkostěnné duté tvary se otáčejí, aby se nedeformovaly vlastní vahou na jedné straně.
Do pece jde jen díl vysušený takzvaně na kost; zbytková vlhkost se při náběhu mění v páru a rozetrhne stěnu.

Celkové smrštění má dvě části — sušicí a výpalové — a obě je nutné znát, pokud má hotový díl odpovídat zamýšlenému rozměru. Zjišťují se prostě: na zkušební destičku ze stejné hmoty se udělají dvě rysky ve známé vzdálenosti, změří se po vysušení a znovu po výpalu. Pro každou hmotu a každou vypalovací teplotu platí jiná hodnota, a proto se zkušební destičky dělají z každé nové várky.

07 / Životnost

Opotřebení forem a jejich výměna

Sádrová forma se používáním mění. Alkálie z elektrolytu se v ní postupně usazují, póry se zanášejí jemnými jílovými podíly a nasákavost klesá. Zároveň se mechanicky obrušují hrany, dělící roviny se zaoblují a zámky přestávají držet přesně. Výsledkem je forma, která nabírá pomaleji, hůř sedí a odlitky z ní vycházejí s výraznějším švem a méně čitelným detailem.

Životnost se neudává jedním číslem — závisí na tvrdosti sádry, tvaru dílu, složení šlikru i na tom, jak pečlivě se forma suší. Sledovat se dá nepřímo: pokud se pro stejnou tloušťku stěny musí čas nabírání trvale prodlužovat a začišťování švu zabírá zřetelně víc práce než dřív, blíží se konec užitečného života formy.

Známky, že je čas na novou formu

Trvale se prodlužující doba nabírání i u formy, která měla dost času vyschnout.
Široký, nepravidelný šev, který nejde začistit bez ztráty tvaru v okolí.
Vydrolené nebo zaoblené hrany zámků a znatelná vůle mezi částmi formy.
Otevřené bubliny a rýhy v pracovní ploše, které se otiskují do každého odlitku.
Šedavé nebo mastně vypadající plochy, kde se hmota trvale drží a nechce se pouštět.

Právě proto se pracovní formy neodlévají přímo z originálu, ale z matečné formy či modelu, který se uchovává mimo provoz. Každá generace kopie ztrácí kus ostrosti detailu, takže řetěz otisků se drží co nejkratší. Kdo si vede prostou evidenci o počtu cyklů a datu odlití každé formy, výměnu plánuje dopředu místo toho, aby ji řešil uprostřed rozdělané série.

08 / Výpal

Přežah a glazování litých výrobků

Přežah převádí vysušený díl do stavu, ve kterém je manipulovatelný, ale stále dostatečně nasákavý, aby na sebe navázal glazuru. Náběh se vede pomalu zejména v prvním úseku, kdy odchází zbytková a poté chemicky vázaná voda, a opatrně také v oblasti, kde se mění krystalická forma křemene — právě zde vznikají praskliny u dílů s nerovnoměrnou tloušťkou stěny, což je u odlitků častější, než se čeká.

Výše přežahové teploty je současně rozhodnutím o nasákavosti. Nižší přežah dá díl velmi savý, který glazuru přijme rychle a ochotně, ale je křehký na manipulaci a snadno se u něj vytvoří příliš silná vrstva. Vyšší přežah dá díl pevnější a rozměrově stabilnější, zato hůř přijímající glazuru — namáčení pak musí být delší a rovnoměrnější.

Na co u litých dílů dávat pozor při glazování

Prach a mastnota z rukou po začišťování: před glazováním se díl otře a nechá oschnout, jinak vzniknou stažená místa.
Zbytky sádry ze zaoblených hran: i drobný úlomek sádry vytvoří po výpalu odprýsknutí.
Nestejná tloušťka stěny: silnější místo přijme méně glazury a odstín se po výpalu liší.
Dutiny a uzavřené prostory: musí být zajištěn odvod vzduchu, jinak se glazura nedostane rovnoměrně a díl se v peci nafoukne.
Nožka a dosedací plocha: setřít pečlivě do čistého střepu, aby se díl nepřipekl k podložce.

Rozdílná savost jednotlivých míst je u odlitků samostatné téma. Švy začištěné za mokra bývají zhutnělejší a přijímají glazuru jinak než okolní plocha, což se po výpalu projeví viditelným pruhem. Nejjednodušší prevencí je sjednotit způsob začištění na celém dílu a nekombinovat mokré hlazení s hrubým broušením nasucho.

09 / Vady

Typické vady odlitků a jejich pravděpodobné příčiny

Většina vad se dá vystopovat k jednomu ze čtyř míst: ke složení hmoty, ke stavu formy, k načasování nebo k sušení. Následující přehled shrnuje ty, které se v licí dílně objevují nejčastěji, a naznačuje, kde se obvykle hledá příčina.

Rozvrstvení a odlupování stěny: Střep se v řezu rozpadá na vrstvy nebo se z povrchu odlupuje slupka. Nejčastěji jde o přerušené lití, dolití po delší přestávce, nebo o hmotu, která se před litím dostatečně nepromíchala a rozvrstvila se v nádobě. Roli hraje i příliš tixotropní šlikr, který na povrchu formy vytvoří sevřenou vrstvu, jež brání dalšímu odvodňování.
Deformace a zborcení tvaru: Kruhové otvory se změní v ovál, rovné stěny se prohnou. Vyjmutí z formy proběhlo příliš brzy, díl schnul na nesavé nebo nerovné podložce, případně byl uložen tak, že jej vlastní hmotnost stáhla na jednu stranu. U tenkostěnných dílů může přispět i nadměrně ztekucená hmota, ze které vzniká měkký střep.
Trhliny při sušení: Objevují se u hran, otvorů a v místech přechodu tenké stěny do silnější. Příčinou je nerovnoměrné vysychání, průvan z jedné strany, nedostatečně zpevněný ořezaný okraj nebo přilepený díl s odlišnou vlhkostí.
Bubliny a póry v odlitku: Vzduch vmíchaný při promíchávání, který se nestačil uvolnit, prudké nalití šlikru do formy nebo bubliny otevřené v opotřebené pracovní ploše formy. Pomáhá odstátí hmoty před litím, klidné nalévání po stěně a kontrola stavu formy.
Nestejná tloušťka stěny: Forma nabírá v různých místech nestejně — buď je nerovnoměrně vysušená, nebo je v některé části nasycená z předchozího cyklu. Přispívá také nedoplňování hladiny během nabírání, kvůli kterému zůstává horní okraj tenčí.
Přilnutí odlitku k formě: Střep se odmítá pustit, při rozebírání se trhá. Typicky jde o příliš suchou formu, o přeelektrolytovanou lepivou hmotu, nebo o díl, který ve formě zůstal příliš dlouho a stáhl se kolem výstupku.
Výrazný šev po výpalu: Sádra dělící roviny je opotřebená a části formy k sobě nedoléhají. Vada se sice dá zmírnit pečlivějším začištěním, ale její kořen je ve stavu formy, ne v práci na odlitku.

Praktický způsob, jak vady rozplést, je vést k litým sériím jednoduchý záznam: hustota a výtokový čas várky, označení formy, doba nabírání, podmínky sušení a nakonec poznámka o výsledku. Jakmile se objeví vada, dá se z takového záznamu velmi rychle zjistit, která z proměnných se od minule změnila — a to bývá kratší cesta než postupné zkoušení všech najednou.

10 / Kontakt

Kontakt a povaha projektu

Pligotome je informační a redakční projekt věnovaný odlévání keramiky do sádrových forem. Publikuje výkladové texty o šlikru a jeho úpravě, o chování forem, o načasování jednotlivých kroků a o vadách, které při této technologii vznikají. Neposkytuje žádné placené služby, nic neprodává a nevyřizuje objednávky.

Pokud chcete upozornit na nepřesnost, doplnit vlastní zkušenost z dílny nebo se zeptat na téma některého z textů, napište na [email protected]. Podrobnější popis projektu najdete na stránce O projektu.