Résistance aux chocs thermiques

Résistance aux chocs thermiques des corps en porcelaine et en céramique

Vous trouverez la définition "technique" du choc thermique à la fin de cet article. Le choc thermique est l'un des ennemis naturels de la porcelaine et des céramiques conventionnelles et est souvent invisible au départ. Par choc thermique, on entend le passage rapide du froid au chaud (chaud) ou inversement du chaud au froid.

Où se produit le choc thermique ?

En particulier dans la cuisine des restaurants et des cantines, les chocs thermiques sont rapidement causés par un personnel non qualifié. Un scénario typique est le suivant : de la chambre froide au four mixte. Dans l'industrie hôtelière, dans les bistros, les cafés et chez les particuliers, un choc thermique se produit toujours lorsque des aliments, des soupes ou des boissons chaudes sont transférés directement de la marmite - ou de la machine - dans une porcelaine qui n'a pas été préchauffée. 

Éviter le choc thermique !

Une bonne machine à café a la fonction de chauffe-tasses sur sa partie supérieure, pas pour le plaisir ! D'une part, vous pouvez effectivement verser de l'eau chaude de 70 à 90 °C (thé, café, etc.) dans des tasses préchauffées, et d'autre part, la boisson reste chaude plus longtemps pour le convive (stable). Les armoires chauffantes, les chauffe-assiettes et les distributeurs d'assiettes chauffantes font de même pour les couverts.

Tout type de préchauffage ou d'échauffement réduit considérablement la différence de température existant lors d'un choc thermique. Il s'agit simplement de réduire cette différence de température d'un degré de réduction. Voici un exemple :

Conclusion : si vous préchauffez vos plats, vous réduisez considérablement le risque de choc thermique !

On entend le choc thermique ! 

On entend bien la fracture de la porcelaine à l'occasion d'un choc thermique : Il y a un (1 x) léger bruit de craquement. Dans de nombreux cas, les fractures ne sont pas visibles au début, ce qui incite l'utilisateur non formé à continuer à utiliser la pièce concernée. C'est une grave erreur ! Une fois "fissurée", la porcelaine doit absolument être retirée de la circulation afin d'éviter des dommages plus importants, voire des blessures, par la suite.

Choc thermique - un exemple de dommage

Holst Porzellan liefert Porzellankännchen für Krankenhaus-Speisenverteilsysteme. In einem Krankenhaus greift ein Patient nach einer solchen Kanne und führt diese, um sich nachzuschenken, vom Tablett über seinen Körper. Plötzlich reißt der Boden der Kanne und der Patient verbrüht sich mit dem heißen Kaffee seine Oberschenkel. Einen Tag nach der Schadensmeldung führten wir unverzüglich einen Ortstermin durch.

Es stellte sich heraus: Der Kaffeecontainer auf der Station war falsch eingestellt, bzw. war das Thermostat defekt. Die Einfülltemperatur betrug mehr als 80 °C und lag damit auch oberhalb der trinkbaren Temperatur. Die Thermoschockbelastung lag bei 60 °C und mehr. Eine Überprüfung weiterer Kannen ergab, dass rund 20% aller Porzellankännchen Spuren eines Thermoschocks aufwiesen.

Das Krankenhaus musste dem Patienten EUR 20.000,-- Schmerzensgeld zahlen. Ob der Hersteller bzw. der Kundendienst des Kaffeespenders den Schaden mitgetragen hat, entzieht sich unserer Kenntnis. Wären wir nicht direkt vor Ort gewesen und hätten die Beweise sichergestellt, hätte man uns wohl zu Unrecht zur Rechenschaft gezogen!

Das Personal dieser Krankenstation war in Sachen Porzellan nicht geschult und hatte für die Ausgabe keine Sorge getragen. Der Schadensfall geht eindeutig zurück auf menschliches Versagen und mangelnde Unterweisung. 

Porzellan und keramisches Geschirr sind vor Thermoschock zu schützen 

Generell darf gewöhnliches Gebrauchsporzellan keinem Thermoschock ausgesetzt werden. Dabei gilt die Faustregel: Je dünner der Scherben des Porzellans, desto höher die Empfindlichkeit gegen Thermoschock. Porzellan - also auch Hartporzellan (Feldspatporzellan) - besteht aus zwei Materialkomponenten: Glasur und Scherben. Der Scherben - also der "Körper" des Porzellans - reagiert bei einem Thermoschock träger als die Glasur. Je mehr Masse ein Scherben (Körper) besitzt, desto geringer ist sein proportionaler Ausdehnungskoeffizient. Mit anderen Worten: Je dicker ein Porzellankörper, desto höher seine Thermoschockresistenz.

High Alumina von Holst Porzellan ist thermoschockresistent!

Sämtliche Artikel der Kollektion "High-Alumina-Porzellan" von Holst sind thermoschockresistent! 

Aufgrund seiner hohen Dichte und seiner besonderen Rezeptur ist High-Alumina-Porzellan eines der wenigen Porzellangeschirre für Tisch und Tafel, die thermoschockbeständig sind. High-Alumina-Porzellan hält einen Temperaturschock von bis zu 200 °C aus. Um jedoch produktionsbedingte Schwankungen auszugleichen und eine "Speed-Reserve" zu behalten, garantieren wir eine Thermoschockbeständigkeit von +/- 180 °C, also zum Beispiel von minus 20 °C auf plus 160 °C.

Damit ist High-Alumina-Porzellan besonders geeignet für die Verwendung zur Regeneration von Speisen im Convectomaten, für Convenience-Food sowie für das Überbacken oder Nachgaren direkt im Ofen. 

Physikalische Definition eines Thermoschocks

Unter Thermoschock versteht man die schnelle, schockartige Änderung der Temperatur eines Materials. Dies führt zu mechanischen Verspannungen zwischen dem äußeren (Mantel) und dem inneren Bereich (Kern), da sich ein Material außen schneller erwärmt oder abkühlt als innen. Das Material wird dauerhaft beschädigt, wenn der Temperaturunterschied einen bestimmten Wert übersteigt. Dieser kritische Temperaturwert wird wie folgt beeinflusst: 

1. Der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient a [K –1] gibt die prozentuale Dehnung des Materials bei einer Temperaturänderung von 1K an. Ein Material mit einem kleinen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten ist gegen einen Thermoschock beständiger. 

2. Die Wärmeleitfähigkeit l [Wm –1 K –1] gibt die Geschwindigkeit des Transportes von Wärme durch ein Material an. Eine große Wärmeleitfähigkeit sorgt für eine größere Beständigkeit gegen einen Thermoschock. 

3. Die Poissonzahl n gibt das Verhältnis zwischen Längendehnung und Querkontraktion an. Eine kleinere Poissonzahl sorgt ebenfalls für eine höhere Thermoschocktoleranz. 

4. Das Elastizitätsmodul E [GPa] ist ein Maß für die Steifigkeit. Ein kleineres E-Modul bewirkt eine höhere Thermoschocktoleranz. 

5. Die Festigkeit sf [MPa]. Eine größere Festigkeit erhöht die Thermoschocktoleranz. Nach dem Thermoschock der Proben soll das E-Modul mit Hilfe eines akustischen Verfahrens gemessen werden. Hierbei wird die Schwingung der Probe mit Hilfe eines kleinen Hammers und einem Mikrophon ermittelt. Außerdem soll durch einen 4-Punkt-Biegeversuch die Restfestigkeit nach dem Thermoschock ermittelt werden. Die Festigkeit ist die Größe, mit der die Kraft angegeben wird, die auf eine Probe wirken muss, damit diese zerbricht. Also die Festigkeit, die die Probe nach dem Thermoschock noch besitzt.