Punasavivalumassa umpi- ja avovaluun - jatkotutkimus säröilyn poistamiseksi Veera Tamminen Massatutkimus Keramiikka- ja lasitaiteen osasto Muotoilun laitos Aalto-yliopiston Taideteollinen korkeakoulu 2011 1
SISÄLLYS 1. Johdanto s. 3 2. Tutkittavat massat s. 3-5 3. Poltot s. 5-6 4. Kutistuminen s. 6-7 6. Taipuminen s. 8 7. Väristä s. 9 8. Säröilystä s. 9-11 9. Johtoäätökset s.12 10. Lähteet s.12 11. Liitteet s.13-14 kuva 1: massa V4, poltettuna 1120 C:seen 2
1. JOHDANTO Tein vuonna 2010 tutkimuksen viidestä eri umpi- ja avovaluun soveltuvaksi tarkoitetusta punasavimassasta. Massat toimivat tarkoituksessaan, mutta ikävänä yllätyksenä massa halkeili valaessani lautasmallia, joka koostui sekä avovalusta että umpivaluosista. Massan pinnalle oli valettaessa syntynyt polton jälkeen tummempia kiiltäviä kohtia, joihin säröt syntyivät. Epäilimme ensin syyn olleen massassa olleen kvartsin aiheuttamaa, mutta koska tummat alueet olivat selvästi sulaneempia, kuin muu osa massasta, epäilin syyn olevan kuitenkin punasavessa. Sain Eeva Jokiselta artikkelin (katso: Liite 1), joka kertoi luonnonsavien käyttämisestä. Siinä kerrottiin yleisestä ongelmasta eli luonnonsavien sisältämistä suoloista, jotka nousevat saven pintaan muodostaen juuri edellä kuvatun kaltaisen ongelmapinnan. Ratkaisuksi tähän tarjottiin barium karbonaatin lisäystä. Tutkimukseni tavoitteena on barium karbonaatin lisäämisellä poistaa säröily massoista. 2. TUTKITTAVAT MASSAT Edellisessä tutkimuksessani (Punasavivalumassa umpi- ja avovaluun, 2010) jatkoin Piia Hautamäen tutkimusta (Suomalainen punasavi valusavena, 2007) käyttämällä Hautamäen tutkimuksen parhainta massaa lähtökohtanani lisätessäni koemassoihini pallosaven määrää ja varioidessani niissä punasaven ja kvartsin määrää. Tätäkin tutkimusta tehdessäni tarkoituksenani on ollut jatkaa hyvän ja käytäntöön soveltuvan punasavivalumassan löytämistä. Koska edellisen tutkimukseni parhaimman massan V4 ainoana ongelmana oli pieni säröily, päätin valita sen mukaan jatkotutkimukseni lähtökohdaksi. Lisäsin jokaiseen massaan 0,3% barium karbonaattia reagoimaan punasaven suolojen kanssa, jottei säröjä syntyisi. (katso: Liite 1 ja Taulukko 2) Jatkotutkimuksessani halusin myös tutkia kolmea uutta massaa (Taulukko 2), joissa aion vähentää kvartsin määrää entisestään, sillä parhaimmaksi massaksi edellisestä tutkimuksestani oli valikoitunut massa, V4, sisälsi selvästi vähemmän kvartsia, kuin muut. (katso: Taulukko 1) Taulukko 1: Vuoden 2010 tutkimuksen massojen suhteet, joista paras massa oli V4. V1 V2 V3 V4 V5 punasavi Somero 40 35 40 40 30 kvartsi FFQ 60 60 55 50 60 pallosavi Hyplas 64-5 5 10 10 vesi 38% Dispex 0,14% 3
Halusin tutkia ja eliminoida mahdollisuuden siihen, että kvartsin osa massasta olisi kuitenkin ratkaisu säröilyyn. Haluan myös selvittää, miten kvartsin vähentäminen vaikuttaa polttolämpötiloihin ja muun muassa vääntymiseen. Päädyin seuraavanlaisiin variaatioihin: Taulukko 2: Jatkotutkimuksen massojen suhteet V2:1 V2:2 V2:3 V4 punasavi Somero 50 60 55 40 kvartsi FFQ 40 30 30 50 pallosavi Hyplas 64 10 10 15 10 vesi 38% Dispex 0,14% barium karbonaatti 0,3% Pääominaisuuksiltaan siis V2:1 sisältää uusista massoista eniten kvartsia. V2:2 sisältää eniten punasavea ja V2:3 taas eniten pallosavea. Tein jokaista massaa erän, jossa oli yhteensä 2kg kuiva-aineita. Barium karbonaattia oli suositeltu lisättävän 0,2-0,4% (katso: Liite 1), joten päätin kokeilla kultaista keskitietä, 0,3% suuruista määrää. Barium karbonaatti on lisätty kuiva-aineiden lisäksi 2kg:n päälle. Edellisessä tutkimuksessa posliinivalusavea varten suunniteltu vesimäärä riitti melko hyvin ja suurin osa massoista oli hyvin valettavia ilman lisättyä vettä. Samoin tässä tutkimuksessa V4 oli kaikista massoista juoksevin. Johtuiko massan hyytelömäisyys sitten kvartsin vähentyneestä määrästä (ja siis vettä paremmin imevien saviainesten lisäämisestä) tai barium karbonaatin lisäämisestä. 2kg kuiva-aineista 0.3% barium karbonaattia on kuitenkin jo 60g eli lisättynä kuivaaineiden päälle se on melkoinen määrä ja näin todennäköinen syy siihen, ettei alkuperäinen vesimäärä riittänyt. Jouduin siis lisäämään tuntuvasti Dispexia ja vettä. Massat on siivilöity 80 meshin siivilällä. Palojen viimeistely tuntui kuitenkin, kuin olisi veistänyt betonia. Massaa siivilöidessä lavuaarista löytyi hiekkaa. Massan voisi siivilöidä vielä tiheämmällä siivilällä esim. 100, 120 tai vieläkin tiheämmällä vaihtoehdolla, sillä vielä siivilöinnin jälkeenkin kauhoja ja ämpäreitä putsatessa lavuaariin jäi tasalaatuista, mutta silmillä havaittavaa hiekkaa. Edellisessä tutkimuksessa olin selvinnyt siivilöimällä massat 50 meshin siivilöillä, mikä tämän tutkimuksen jälkeen tuntuu yksinkertaisesti mahdottomalta ajatukselta. 4
En mitannut massojen litrapainoja, sillä minusta se tuntui turhalta ajatukselta. Posliini- ja kivitavaravalusaven valmistukseen ohjeistukseksi annettu valusaven litrapainohaarukka ei pidä paikkaansa punasavivalusavessa, sillä se on ihan erilaista tavaraa. Punavalusaven litrapaino on riippuvainen siitä, kuinka paljon hiekkaa siitä siivilöi pois ja myös kuinka paljon vettä siihen haluaa lisätä. Avovalussa vettä tulee olla runsaammin kuin umpivalussa. Umpivalua tehdessä on vain tärkeintä, että valusaven saa valumaan joka paikkaan. Valaessani avovaluja, minun tuli ylimääräistä savea pois kaataessani irrottaa päälle muodostunut kalvo sienellä, ennen kuin mitään lähti muotista irti. Ämpärissäkin valusavea tuli sekoittaa kunnolla ennen kaatamista, niin hyytelöksi se muuttuu saadessaan olla paikoillaan. kuva 2: massat V2:1, V2:2 ja V2:3 omissa pinoissaan, pienet koepalakupit poltettu 1000 C, 1020 C ja 1080 C:seen 3. POLTOT Edellisessä tutkimuksessani käytin samoja polttolämpötiloja ja poltto-ohjelmaa kuin Hautamäki tutkimuksessaan. Nyt olen kuitenkin vähentänyt kvartsin määrää massoissa niin suuresti, että minun tuli alentaa polttolämpötilojakin. Päätin myös kehittää oman poltto-ohjelman, käytettyjen keilojen (Orton) mukaan. Päätin polttaa koepoltot 1000 C, 1020 C ja 1080 C ja 1120 C:seen. Haravoin sopivaa polttolämpötilaa nostamalla sitä aina 40 C. Viimeinen polttolämpötila (1120 C) on valittu mukaan tutkimukseen, sillä se on massan V4 ihanteellinen polttolämpötila. Laitoin uusista massoista (V2:1, V2:2 ja V2:3) tähän polttoon mukaan vain kutistumistestipalat, sillä uskoin, että niin pieni kvartsin määrä uusissa massoissa aiheuttaisi niiden sulamisen noissa lämpötiloissa epämääräisiksi läiskiksi. Kuitenkin palat olivat vain vähän ylipolttuneita, sintraantuneita, mutta pitäneet muotonsa hyvin. Polttokäyräksi valitsin seuraavan: 50 C tunnissa 200 C:seen, 100 C tunnissa 600 C:seen ja 150 C tunnissa haluttuun lämpötilaan. Ei haudutusta. Poltoissa käytin Taideteollisen korkeakoulun pientä pyöreää koepalauunia numero 9. 5
Jokaisessa poltossa oli mukana 2-3 keilaa. Kahteen ensimmäiseen polttoon laitoin keilat molempiin kerroksiin tutkiakseni, miten lämpötila eroaa kerroksien välillä. Keilat kuitenkin kaatuivat identtisesti ja päätin siis, ettei keiloja tarvitse laittaa kuin alempaan kerrokseen. Käytin poltoissa Ortonin keiloja (Orton Self-supporting Pyrometric Cones, heating note 150 C/hour last 100 C of firing), jotka mittasivat loppulämpötilan viimeisen nostolämpötilan mukaan, ja sen tuli olla siis 150 C tunnissa. Tässä selostus siitä, miten keilat kaatuivat eri poltoissa: Taulukko 3: ohjelmoitu polttolämpötila 1000 C 1040 C 1080 C 1120 C keilat Oliko keila kaatunut? tulkinta saavutetusta lämpötilasta 07 (987 C) kaatunut, sulanut Uuni oli polttanut koepalat siis vähän 06 (1012 C) kaatunut yli 1000 C. 05½ (1023 C) 04 (1076 C) kaatunut, ei sulanut notkeaksi pystyssä, taipunut vähän Uuni oli siis polttanut koepalat selvästi alle tavoitteen. 5½ (1023 C) kaatunut, sulanut Uuni oli polttanut 04 (1076 C) kaatunut, sulanut koepalat juuri haluttuun 03 (1104 C) pystyssä, taipunut lämpötilaan. 03 (1104 C) kaatunut, sulanut Uuni oli polttanut 02 (1112 C) kaatunut koepalat lähes haluttuun 3 (1170 C) pystyssä lämpötilaan. muuta Molemmissa kerroksissa samat keilat, kaatuneet identtisesti. Väri 1. ja 2. polton koepaloilla lähes sama. Molemmissa kerroksissa samat keilat, kaatuneet identtisesti. - Tarkkaa lämpötilan tulkintaa keilojen avulla olisi helpottanut se, että osastollamme olisi ollut kattavammin keiloja näin mataliin lämpötiloihin. Olisi ollut hyödyllistä, että keiloja olisi ollut juuri tismalleen ohjelmoidulle lämpötilalle, ettei loppulämpötilan saavuttaminen olisi mennyt arvioinniksi. Yksi alle tavoitelämpötilan, yksi tarkalleen kohdalleen ja yksi hieman yli. Tämä seikka tulee helpottumaan, kun osastollemme tilataan polttorenkaita, joista pystyy mittaamaan asteelleen saavutettu lämpötila. 5. KUTISTUMINEN Edellisessä tutkimuksessa valoin massaa koepalamuottiin ja tutkin massan kutistumista paloihin leikkaamista viilloista. Olen kuitenkin pohtinut, ettei koepalojen valaminen tuolla tavalla ole välttämättä tarpeellista tai tarpeeksi tarkkaa. Jotta palat ensinnäkin saa irti muotista, on se ehtinyt kutistua jo jonkin verran. Esinettä suunniteltaessa ja mallineita tehdessä tulee siihen (kipsimallineeseen) lisätä massan kutistumisen katoava millimetrimäärä. Kun massa valetaan muottiin, silloin se saavuttaa juuri nämä mittasuhteet ja kutistuu tästä koko ajan aina lasituspoltosta tuloon asti. Päätin siis tällä kertaa valaa kutistumispalat kipsilevylle ja heti kun massaan vain jäi minkäänlaisia jälkiä, mittasin siihen viillot 5cm etäisyydelle toisistaan. 6
Näin jälkikäteen ajatellen tämäkään ei ole tarpeeksi tarkka tapa mitata kutistumista, sillä käsin tehdyt viillot heittävät aina jonkin verran ja veitsen leveydestä riippuen tulee mittaustuloksesta enemmän tai vähemmän epätarkka. Kuitenkin jos kaikki valavat massatutkimustensa koepalat samalla tavalla, ovat tutkimukset näin verrattavia keskenään. En kuitenkaan ole sitä mieltä, että punasavivalumassat pitäisi voida olla verrattavissa posliini- tai kivitavaramassoihin, niin erilaisia niiden käyttäytyminen on. Jatkossa ehkä valaisin umpivaluna jonkin pienen esineet, joka ei pääse valuvaiheessa vääntymään. Kyseisen esineen kipsimallineesta taas mittaisin lähtömitat ja uunista tuleen kappaleen mitat kertoisivat kutistumisen määrän. Tässä kuitenkin taulukko kutistumiskoepalojen tuloksista: Taulukko 4: Viiltojen väli 50mm ennen kutistumista. 1000 C 1040 C 1080 C 1120 C V2:1 48mm = 4% 46mm = 8% 46mm = 8% 43mm = 14% V2:2 47mm = 6% 46,5mm = 7% 46,5mm = 7% 43,5mm = 13% V2:3 46,5mm = 7% 46,5mm = 7% 44mm = 12% 42,5mm = 15% Suuntaa antavasti, massoista V2:1 kutistui pääosin vähemmän, sillä se sisälsi enemmän kvartsia, kuin muut uudet massat. Kahden muun massan kanssa ei ole juuri eroavaisuuksia. (Taulukon ihmeellisyydet mittaustuloksissa siis saattavat johtua käsin tehtyjen viiltojen epämääräisyyksistä.) kuva 3: kutistumiskoepalat, massat V2:1, V2:2 ja V2:3, poltettu 1000 C, 1020 C, 1080 C ja 1120 C:seen 7
6. TAIPUMINEN Edellisessä tutkimuksessa valoin pyöreitä noin 7cm pitkiä puikkoja, joiden halkaisija on noin 1cm. Asetin ne uuniin kahden kolmionmallisen uunitiilen päälle, jotta voisin tutkia, kuinka paljon jokainen massa taipuu tietyssä lämpötilassa. Taipuminen oli kuitenkin erittäin hankalaa mitata näistä puikoista, mikä saattoi johtua, että ne olivat liian lyhyitä eikä taipumisen erot olleet silmiinpistävän selkeitä. Mielestäni tietyn prosenttimäärän mittaaminen taipumiselle on vähän turhaa, sillä varsinaisia esineitä valaessa ja polttaessa paksuudet voivat vaihdella jo esineessä, ja tunnetusti sivulle levittäytyvät ulokkeet taipuvat pahemmin, sitä enemmän mitä ohuempia ne ovat. Mielestäni taipumistestissä oleellisinta on silmämääräisesti tutkia, mikä massa taipuu tai jättää taipumatta huomiota herättävästi kussakin lämpötilassa. Kuitenkin, jos kaikki tekisivät taipumistestitkin samalla tavalla, on tutkimukset toisiinsa verrattavissa. Valettavissa esineissä vain harvemmin on 1cm pituisia pitkiä osia, joten puikkojen valaminen on mielestäni vähän hassua. Koska uunissa tila oli rajallinen leikkasin ylimääräisen leveyden valamieni lautasten reunasta pois. Jäljelle jäi hyviä käikäleitä, paksuudeltaan 5mm ja leveydeltään noin 30mm. Tein taipumistestin näillä paloilla ja alla olevassa taulukossa tulosten tulkintaa. kuva 4: taipumistestipalat Taulukko 5: 1000 C 1040 C 1080 C V2:1 ei havaittua taipumista ei taipunut taipunut huomattavasti V2:2 ei havaittua taipumista taipunut taipunut kaikista eniten V2:3 ei havaittua taipumista ei taipunut taipunut minimaalisesti Massassa V2:2 sisältää eniten punasavea ja vähemmän kvartsia, joten se, että massa taipui eniten oli oletettavissa. V2:3 sisältää eniten plastista pallosavea, joten se taipui vähiten. Olisin kuitenkin luullut, että eniten kvartsia sisältänyt massa V2:1 olisi taipunut näissä lämpötiloissa vähemmän. 8
7. VÄRISTÄ Värit olivat erittäin tasaiset kaikissa massoissa. Massan V2:1 sisältäessä eniten kvartsia väri oli jäänyt häivähdykset vaaleammaksi kuin kahden muun massan väri. Massojen värierot tulevat selvästi näkyviin vasta korkeampiin lämpötiloihin päästessä, eritoten 4. poltossa. Edellisessäkin tutkimuksessa ihmettelin, että kaikkien valamieni koepalojen pinnassa on havaittavissa värin vaihtelua. Kutistumistestiin valamissani koepaloissa uunilevyä vasten ollut pinta on jäänyt väriltään hieman vaaleammaksi, kuin koepalan yläpuoli. Mitä korkeampiin lämpötiloihin päästään, sitä selkeämmäksi väriero tulee tässäkin. Väri on tasaisempi ja helpommin tulkittavissa tältä uunilevyä vasten olleelta puolelta. Erittäin hyvin ilmiö tulee esiin 1120 C:seen poltetuissa massalla V4 valetuissa esineissä. Niin lautanen kuin kuppi, jotka molemmat olivat uunissa ylösalaisin ovat saaneet ulkopuolelle tummemman värin kuin sisäpuolelle. Aluksi pohdin, että höyrystyykö punasavesta niin paljon rautaa uuniin, että se kerääntyisi esineiden ulkopuolelle. Ilmeisesti kuitenkin kyse on selvästä lämpötilaerosta esineen ulko- ja sisäpuolella. Väriä tulkiten kyseessä voisi olla jopa 20 C heitto. kuva 5: kutistumispalat nurin 8. SÄRÖILYSTÄ Lähes tulkoon jokaisessa valamassani koepalassa, niin pienissä avovalukupeissa, puikoissa kuin litteissä koepaloissakin, oli edellisessä tutkimuksessa jäänyt näkyviin valusaven jättämää valujälkeä, joka näyttää viimeisessä poltossa lasitemaiselta. Se oli tummempaa, likaisemman ruskean väristä ja kiiltää hyvin paljon enemmän verrattaessa ympäröivään massaan. Kaikista eniten tämä reaktio tuli näkyviin umpivalulautasissa. Juuri näihin kohtiin lautasissa oli syntynyt säröilyä. Sitä ei ollut koepaloissa, vain lautasissa ja ainoastaan näissä tummemmissa kohdissa. Poltto poltolta siirryttäessä korkeampiin lämpötiloihin säröily lisääntyi ja joissain tapauksissa säröt syvenivät ja pahimmassa tapauksessa aiheuttivat muun muassa jalkarenkaan rikkoontumista. Tutkimukseni pääasiallisena tarkoituksena oli siis löytää syy tälle säröilylle ja mielellään myös massa, joka ei säröillyt. Lisäsin massoihin 0,3% barium karbonaattia, jotta se reagoisi punasaven suoloihin ja estäisi kiiltävien sulaneempien alueiden syntymisen, joissa säröt esiintyivät. Valettuani massaa V4 ja polttaessani valamani esineet 1120 C:seen, sain poltosta ristiriitaisia tuloksia. Paksulla hyytelömäisellä valusavella valettu lautanen tuli poltosta yhtään säröilemättä ja tummemmat valujäljet olivat vain viitteellisiä. Ohennettuani massaa paremmin valettavaksi, sain uunista ulos kiiltelevän ja hyvin paljon säröilleen lautasen. Epäilin aluksi, että säröily olisi johtunut kappaleseen jääneestä kosteudesta, sillä massaan lisäämäni barium karbonaatin olisi pitänyt poistaa säröily ja kiiltävät kohdat, mutta seuraavista poltoista tulleet esineet säröilivät yhtä kaikki (tosin ei ihan yhtä paljon ja selkeästi vähemmän kuin edellisessä tutkimuksessa). 9
kuvat 6-8 ylhäällä: massa V4 valettuna ohuempana ja siitä seuranneet säröt sivulla: paksumpana valettu V4, jossa ei esiintynyt säröilyä ollenkaan alla: massassa V2:3 1000 C poltossa esiintyneet säröt 10
Olen kuvannut säröilyn luonnetta ja määrää taulukossa. Taulukko 6: V2:1 Yhdessä kohdassa selkeitä ja paljon, muualla vaakasuunnassa yksittäisiä ja hentoja säröjä. V2:2 Muutama hento särö vaakasuunnassa. 1000 C 1040 C 1080 C Yksi selkeä särö pystysuunnassa ja useita heikkoja säröjä. Yksi. Paljon, syviä ja laajalla alueella. Kolme pientä, juuri ja juuri erotettavissa olevaa säröä. V2:3 Yhdessä kohdassa selkeitä ja aika syviä säröjä. Yksi. Yksi. Massoista siis V2:2 säröili juuri nimeksi. Massassa oli eniten punasavea ja vähiten kvartsia. Juttelin Tomi Pelkosen kanssa ja hän sanoi, että säröily saattaisi sittenkin johtua juuri kvartsista. Massaa valettaessa kvartsi erottuisi muusta massasta aiheuttaen säröilyn. (katso: Liite 2) Valaessani lautasia edellisessä tutkimuksessakin paksumpi massa yleensä säröili vähemmän kuin ohuempi. Ohuempi massa ilmeisesti helpottaisi kvartsin erottumista massasta. Mitä vähemmän kvartsia, ilmeisesti myös sitä vähemmän säröilyä. Lautasmuotissa myös muotin ja kappaleen muoto saattaa vaikuttaa myös säröilyyn. Avo- ja umpivalun yhdistelmä aiheuttaa kappaleeseen paksuusmuutoksen melkein yhdestä sentistä kolmeen milliin. kuva 9: Paksuuden muutos 10mm 3mm. Säröjen esiintyminen aina vain tässä kohtaa. 11
9. JOHTOPÄÄTÖKSET Tutkimukseni tavoitteena oli löytää täysin säröjä aiheuttamaton massa. Barium karbonaatti massassa ei ollut avain säröilyn poistamiseen vaan säröilyn aiheuttajaksi paljastui sittenkin kvartsi. Myös muotilla oli tekemistä säröilyn kanssa, sillä tummempia valujälkiä tai säröjä ei esiintynyt muissa esineissä. Se, että massa V2:2 oli lähes tulkoon säröilemätön loi vielä hieman uskoa punasavivalumassalla läträämiseen. Luulin uusien massojen olevan vielä matalapolttoisempia, kuin loppujen lopuksi osoittautui. Ideaalinen polttolämpötila näille massoille voisi olla noin 1100 C, tutkittujen polttolämpötilojen 1080 C ja 1120 C välistä. Seuraava vaihe on löytää massaan sopiva lasite, mikäli polttolämpötilan on 1100 C, en usko, että asiasta tulee suurta ongelmaa. kuva 10: pahin ja parhain mahdollinen tulos lautasmallin koepaloissa 10. LÄHTEET Veera Tamminen: Punasavivalumassa umpi- ja avovaluun, 2010 Piia Hautamäki: Suomalainen punasavi valusavena, 2007 http://digitalfire.com/4sight Frank Hamer: The Potters Dictionary of Materials & Techniques 1975 (s. 107) Heikki Hassi, Risto Mannonen: Keraamisten käyttöesineiden valmistusprosessin laadunvarmistus 2000 Heikki Jylhä-Vuorio: Keramiikan materiaalit 2003 12
11. LIITTEET Liite1 http://digitalfire.com/4sight 13
Liite 2 Frank Hamer: The Potters Dictionary Of Materials & Techniques 1975 s. 107 14