Wolf Matthes

Zur Technik des Holzbrandes


Der wesentliche Unterschied von Holz zu anderen üblichen Brennstoffen bzw. Wärmequellen für das Brennen von Keramik besteht einmal in der komplexen Zusammensetzung des Holzes, das neben den organischen brennbaren Bestandteilen (Lignin, Zellulose, Harze etc.) auch anorganische Verbindungen enthält, die mit steigenderTemperatur in der Feuerung und im Ofenraum zunehmend verdampfen und sich an den inneren Ofenwänden und auf dem Brenngut niederschlagen können. Was nicht verdampft, bleibt in der Asche zurück.

Zum anderen entsteht bei der Holzverbrennung eine sehr leichte, lockere Asche, die meist überwiegend aus Kalziumoxid besteht und durch den Zug der Abgasöffnungen (Kamine, Schornsteine) mit in den Brennraum gezogen wird und sich auf dem Brenngut ablagern kann. Dieser Aschebefall kann zusammen mit der Kieselsäure und dem Aluminiumoxid im keramischen Scherben oberhalb 1280/I 300°C eine Glasschicht bilden. Diese Glasschmelze ist dann recht dünnflüssig und weist eine hohe Oberflächenspannung auf, so dass sie sich in dekorativen Mustern rinnsalartig zusammenzieht, sofern sie sich dick genug ausgebildet hat. Wenn das nicht in ausreichendem Maße geschieht, helfen manche Keramiker, die solche Oberflächen lieben, von außen nach, indem sie Holzstücke direkt oben auf die Ware im Ofen legen.

Die verdampfenden Holzbestandteile sind in der Regel Karbonate, Chloride, Sulfate und Phosohate des Kaliums und Natriums bzw. von noch anderen Spurenelementen, besonders aber auch des Eisens. Sie hinterlassen ebenfalls glasurartige Anflüge. Damit aber die natürlich gebildete Ascheglasur und Anflugglasur überhaupt sichtbar werden, müssen große Mengen von Holz verbrannt werden, denn der Gehalt an anorganischen Substanzen im Brennholz beträgt im Durchschnitt lediglich 0,7-3 %. Unterhalb von 1200°C reagieren weder Asche noch Salzanflüge in merklicher Weise mit dem Scherben; die Flugasche ergibt aber missfarbene, stumpfmatte, krustige aber doch haftende Beläge und ist dann eher unerwünscht. Soll sich also eine ästhetisch ansprechende, lebhafte und interessante Oberfläche nur mit Hilfe des Brennstoffes Holz ausbilden, muss lange und hoch gebrannt werden –über 1300'C und vielleicht 6 bis 8 Tage lang. Ob und wieviel Flugasche sich auf dem Brenngut ablagert, kann über die Art der Ofenkonstruktion, die Lage der Abzugsöffnungen, die Zugverhältnisse und -stärke im Ofen und die Art und Weise des Feuerns beeinflusst werden.

Die verschiedenen Hölzer, aber auch die verschiedenen Teile eines Baumes, enthalten recht unterschiedliche Mengen an Eisenoxid (Fe2O3), das mit der Flugasche auf die Ware im Ofen gelangen kann. Nadelholzaschen enthalten meistens mehr Fe2O3 als Laubholzaschen und machen deshalb eher dunkelbraune bis schwarzbraune Flecken auf der Ware im Ofen, was auf einem hellen Scherben oft nicht gut aussieht. Buchenholz wird deshalb von Töpfern bevorzugt, die störenden Aschenbefall oder Holzaschenglasur nicht mögen. Asche von Braunkohlenbriketts enthält mehr Kieselsäure und viel Eisenoxid und erzeugt schon ab 1200°C eine dunkelbraune, glänzende Glasur, wenn sie in entsprechender Menge auf die Ware im Ofen gelangt.

Der oft kaum sichtbare Anflug von verdampfenden Salzen aus dem Brennholz, der sich wegen der geringen Menge eben auch erst nach langem Brennen deutlich zeigt, kann auch absichtlich bei kurzer Brenndauer verstärkt werden. Dazu werden bei möglichst hohen Temperaturen (oberhalb 1200°C) Natriumsalze wie Kochsalz, Soda oder Borax durch geeignete Öffnungen in den Brennraum oder in die Feuerung geworfen. Sie verdampfen dann schnell, verbreiten sich als Salzdampf im Ofen und bilden die so absichtlich erzeugte Salzglasur. Auf diese Weise können sehr dicke und gleichmäßige Glasurschichten erreicht werden.

Interessant und schön ist, dass die verdampfenden Alkalisalze die Braunfärbung des Eisenoxids stark zum Rot hin verfärben, und zwar gerade bei geringen Mengen von Eisenoxid und Alkalioxiden, die entweder aus dem keramischen Scherben, aus absichtlich aufgetragenen Engoben oder aus den Verbrennungsgasen des Holzes stammen können. Engoben können so zusammengesetzt werden, dass sie Anflüge verdampfender Salze sehr leicht annehmen und sich dadurch verfärben, oder auch so, dass sie mit solchen Anflügen überhaupt nicht reagieren.

Eine andere Besonderheit beim Brennen mit Holz ist die Tatsache, dass jeweils beim Auflegen von Holzscheiten ein Überschuss brennbarer Substanz einen Mangel an Luftsauerstoff im Ofen bewirkt (=reduzierende Ofenatmosphäre), nach dem Abbrennen und vor dem erneuten Auflegen ein Überschuss an Luftsauerstoff vorhanden ist (=oxidierende Ofenatmosphäre). Dadurch pendelt der Brand ständig zwischen reduzierendem und oxidierendem Zustand hin und her. Dieser dauernde Wechsel beeinflusst und beschleunigt die chemisch-physikalischen Reaktionen im Scherben des Brenngutes und die Farbentwicklungen an seiner Oberfläche. Wesentlich für das Aussehen der gebrannten Ware ist aber, ob am Ende des Brandes über einen gewissen Zeitraum Luftmangel oder Luftüberschuss herrscht. Es ist dabei nicht gleichgültig, in welcher Reihenfolge diese Zustände aufrecht erhalten werden und unter welchen Bedingungen und mit welcher Geschwindigkeit danach die Abkühlung erfolgt. Dies alles lässt sich mit einer vernünftigen Ofenkonstruktion und einer klug angelegten und betriebenen Feuerung durch den Keramiker gezielt in verschiedene Ergebnisrichtungen steuern. Eine sehr wichtige Rolle spielt dabei das Eisenoxid in Scherben oder Engobe und der Kohlenstoff in den Rauchgasen.

Eisenoxid existiert in verschiedenen Formen. Die leichte Verwandlung von einer Form in die andere durch Sauerstoffabgabe oder -aufnahme ist wesentliche Voraussetzung des tierischen Lebens auf der Erde (Atmung und Blutkreislauf), aber auch der gezielten Nutzung durch den Keramiker. Die verschiedenen Oxidformen kommen in der Natur als selbständige Minerale (Erze) vor, aber auch als feinstteilige Bestandteile der Tone. Teilweise gibt es sie in diversen Kristallmodifikationen. Sie können teilweise Wassermoleküle anlagern. Als Minerale sind bekannt:

Limonit, Brauneisenerz Goethit, α-FeOOH,
Lepidokrokit, γ-FeOOH gelb bis braun
Hämatit, Roteisenerz α-Fe2O3 rot bis schwarz
Maghemit (Hochtemperaturform) γ-Fe2O3 braun
Wüstit FeO grau
Magnetit, Magneteisenerz Eisenspinell, Fe3O4 schwarz


Durch natürliche Verwitterungsvorgänge geht die Verwandlung vom Magnetit in Richtung Hämatit und Limonit; durch Einwirkung steigender Temperaturen geht die Umwandlung vom Limonit über Hämatit in Richtung Wüstit und Magnetit. Die sichtbaren und entstehenden Färbungen durch Eisenoxid (im Rohzustand des Tons sowie im Brand) sind nicht nur durch dessen mengenmäßige Konzentration und den Oxidationsgrad im Material hervorgerufen, sondern auch durch ihren Kristallisationsgrad (gut oder schlecht ausgebildete Kristalle), ihre Korngröße und Kornform bestimmt. Dazu kommt ihre Verbindung zu Spinellen, einfachen oder komplex aufgebauten Silikaten und deren Mischkristallen und die Auflösung der Eisenoxide in der Glasphase des sinternden Scherbens oder der sich bildenden Glasur.

Das in den tonigen Rohstoffen in verschiedener Form und Menge allgegenwärtige Eisenoxid –von ca. 0,8 bis 20% – ist im Temperaturbereich von etwa 600°C dreiwertiges α-Fe2O3, roter Hämatit, auch wenn es vorher z.B. in den im rohen Zustand grauen Tonen als zweiwertiges FeO oder in den gelben Tonen als FeOOH enthalten war. Bis zu dieserTemperatur sind nämlich die Hydroxide zerstört und im Anfang des Brandes ist meist genug Luftsauerstoff zur Oxidation des FeO vorhanden. Ab beginnender Rotglut setzen dann abhängig von Mangel oder Überschuss an Luftsauerstoff im Verlauf des Brandes teilweise oder völlige, oft reversible Umwandlungen ein:
Roter Hämatit verwandelt sich langsam in braunen Maghemit (γ-Fe2O3), oder bei leichtem Sauerstoffmangel in grauen Wüstit (FeO) welcher mit verbleibendem Fe2O3 den schwarzen Eisenspinell Magnetit (Fe3O4) bilden kann. Dieser kann sich bei kräftiger Reduktion wieder in Wüstit (FeO) und danach in metallisches Eisen verwandeln (Fe). Dazu braucht es aber eine sehr hohe Konzentration von Eisenoxid. Das sehr reaktionsfreudige, basisch reagierende FeO bildet relativ schnell ab 900-1000°C mit Aluminiumoxid einen dunklen Spinell (Hercynit FeAI2O4) oder mit Siliziumdioxid (SiO2) ein dunkles Silikat (Fayalit Fe2SiO4).
Sind Calzium- und Magnesiumhaltige Rohstoffe beteiligt (Mergeltone, Kalk, Dolomit), kann Eisenoxid in das Kristallgitter von entstehendem Diopsid (CaMgSi2O6) oder Geblenit (Ca2AI2SiO7) eingebaut werden. Das verursacht dann eine Aufhellung der bräunlichen Brennfarbe oder gelbliche Färbungen. Zudem werden Mischkristallbildungen mit Hardenbergit (CaFeSi2O6) oder dem Natrium-Eisen-Pyroxen (NaFeSi2O6) möglich. Es sind auch Mischkristalle zwischen den Spinellphasen Hercynit und Magnetit, sowie mit Maghemit bekannt. Bemerkenswert ist dabei, dass schon geringste Mengen des zweiwertigen FeO inVerbindung des dreiwertigen Fe203 eine schwarze Färbung verursachen. Wird das Eisenoxid bei den hohen Temperaturen in der Glasphase oder Glasur gelöst, verursacht es als gelöstes FeO bläulich-grüne, als gelöstes Fe203 gelbe Farben. FeO ist in größeren Anteilen löslich, als Fe203, ist es in der Glasschmelze hoch konzentriert, kann es beim Abkühlen als extrem feinverteilter roter Hämatit wieder ausgeschieden werden. Steht Titandioxid zurVerfü gung, bildet FeO im Brand vorzugsweise einen schwarzen Eisenspinell Ilmenit (FeTiO3). Wenn sich beim Brand aus Quarz, Kalziumoxid und Tonmineralien Wollastonit (CaSiO3) oder Anorthit (CaAI2Si2O8) bilden, dann passen in deren Kristallgitter keine Eisenoxid-Ionen hinein, es ergibt sich eher eine Aufhellung statt einer Verfärbung. Diese Vielzahl verschiedener Reaktionsmöglichkeiten begründen die breiten Farbvarianten, die mit Eisenoxid allein schon durch die Art des Brandes erreichbar sind und die mit steigender Brenntemperatur immer dunkler werdende Brennfarbe eisenoxidhaltiger Tone.

Im Unterschied zu anderen Brennstoffen bildet Holz, das ja auch verschiedene flüchtige, leicht entzündliche Bestandteile enthält (die Zündtemperatur von Holz liegt bei etwas mehr als 300°C), sehr lange Flammen, die durch das Brenngut streichen, so dass auch eine etwas andere Art der Wärmeübertragung auf das Brenngut erfolgt als z.B. bei elektrischer Beheizung. Dies muss besonders auch beim Anheizen brücksichtigt werden, aber auch beim Einsetzen der Ware in den Ofen. Der Besatz soll möglichst dicht und gleich mäßig sein, damit keine größeren Lücken bleiben, die sonst wie Kamine wirken und die Flamme vorzugsweise dadurch leiten. So entsteht leicht eine sehr ungleiche Temperaturverteilung im Ofen. Dort, wo die Flammen die kürzesten geraden Wege im Brenngut finden, können sich auch verstärkt Salz oder Ascheanflüge mit entsprechenden Farbspielen bemerkbar machen, die sich im »Windschatten« anderer Gefäße im Besatz vielleicht gar nicht ausbilden. Das gebrannte Ergebnis hängt also auch sehr davon ab, wo und wie der Töpfer bestimmte Stücke im Ofen platziert und wie der Ofen beim Brennen bedient wird.

Versehentlich, aber auch absichtlichkann starker Rauch Rußablagerungen auf der Ware verursachen. In Poren des Scherbens eingelagerter oder in Glasur eingeschmolzener Kohlenstoff kann so, je nach Teilchengröße und Menge, zu unerwarteten Farbspielen zwischen gelblich-bräunlich – rotbraun – dunkelbraun – grau – violett und schwarz beitragen.

I) Durchschnittliche oxidische Zusammensetzung von Holzaschen
in GewichtsProzent (nach Dr. E.Wolff):
Buchenholz Birkenholz Kiefernholz
Si02 2 4 25
Fe203 0,9 1 8
CaO 28 30 30
MgO 11 15 6
1<20 31 23 13
Na70 3 1 5
P20 13 8 11
S0 2 0,6 2
CL 0,2 - -

Die Zusammensetzungen schwanken in sehr weiten Grenzen.

2) Das Eutektikum im System CaO –A1203 – Si02 liegt bei einem
Mischungsverhältnis von
62 Teilen 902
14 Teilen A1203
24Teilen CaO theoretisch bei 1170°C.

3) Durchschnittliche Zusammensetzung einer Braunkohlenbrikettasche in Gewichts-Prozenten:

SiC2 50-60%
A1203 15-25%
Fe203 10-15%
CaO 4-7%
MgO 1-3%
K20 4-6%
Na20 1-2%

4) Beispiele für die Zusammensetzung von Engoben für Steinzeug im Holzbrand:

1. 40 Teile Ton, weiß, halbfett
30 Teile Kaolin
17 TeiIe Quarzmehl
10 Teile Feldspatmehl oder irgendeine Fritte
3 Teile Bentonit

2. 50 Teile Kaolin
40 Teile Aluminiumoxid
10 Teile Borax

3. 40 TeiIe Ton weiß fett
30 TeiIe Ton weiß mager
20 TeiIe rotbrennenderTon
10 Teile Titandioxid
Alle Anteile können nach Bedarf und Ergebnis natürlich auch verändert und variiert werden; die Engoben können auch mit Farboxiden und Pigmenten – je nach persönlicher Erfahrung– gefärbt werden.

Text aus dem Buch „HOLZBRANDKERAMIK IN MECKLENBURG- VORPOMMERN“
von Gass, Kaden, Matthes, Jakobson, Planke, Böhm, Rieger,
herausgegeben vom Verlag NEUE KERAMIK, ISBN- 3-932673-03-4,
by Landesverband Kunsthandwerk Mecklenburg- Vorpommern e.V.,
1. Auflage
Auszüge aus dem Text „Zur Technik des Holzbrandes“, von Wolf Matthes
...die Veröffentlichung erfolgt mit freundlicher Genehmigung des Autors...