Materiali ceramici

MATERIALI CERAMICI

Definizione generale:

sono una grossa famiglia di materiali che vanno al di la della ceramica propriamente detta, per esempio i laterizi..

Sono ottenuti da materie prime inorganiche non metalliche formate a freddo e poi consolidate secondo cottura. Se la materia prima è l'argilla si parla di materiali ceramici tradizionali, altrimenti parliamo di materiali ceramici avanzati.

CLASSIFICAZIONE

materiali ceramici tradizionali

Possono essere classificati a seconda:

della microstruttura (porosa o compatta)

del colore del supporto (bianco o colorato)

della presenza o meno del rivestimento superficiale, dipende dall'uso finale che se ne vuole fare.

Quello che conta è la porosità interna, più è elevata e minore è la resistenza

C'è anche un diagramma che ci mostra i materiali ceramici in ordine qualitativo in base alla porosità e temperatura di fusione..

Si vuole cuocere il materiale per fondere la struttura e compattarla.

Come si distingue un materiale a matrice porosa da uno a matrice compatta?

Si mantiene in acqua e si studia qual è il suo assorbimento d'acqua, se la differenza di peso tra secco e umido è > 5% allora il materiale è detto a pasta porosa, se è minore è detto a pasta compatta.

Cuocendo a 1000 °C le materie prime non riescono a fondersi completamente allora restano dei pori. se la temperatura di cottura è più alta le varie particelle riescono a saldarsi in maniera tale che la struttura risulta meno porosa, da cui una resistenza più alta.

MATERIE PRIME

Ci sono tre famiglie, la prima è quella dei materiai argillosi che hanno una funzione PLASTIFICANTE. Che significa? Pensiamo al das, è in grado di subire delle deformazioni plastiche ovvero non reversibili, quindi si può modellare bene.

Le argille sono costituite da silicati idrati di alluminio con struttura regolare stratificata, ed è questa che da la plasticità al materiale.

Plasticità: capacità di deformarsi sotto una pressione esterna e conservare la forma acquisita anche dopo la rimozione del carico. La plasticità viene acquisita in presenza di acqua e persa dopo l'ESSICAZIONE, ed è irreversibile se il riscaldamento è a una temperatura superiore ai 600°-700°C .

Il grado di plasticità di un'argilla dipende: dalla sua struttura mineralogica, dalla glanumetria, dalla morfologia delle particelle.

La seconda famiglia.Se metto ad essiccare una argilla essa essiccandosi si creperebbe allora si aggiungono delle sostanze con funzione SMAGRANTE che evitano le fessurazioni durante l'essiccazione : si tratta di quarzo, sabbie silicee, cocciopesto (invenzione dei romani che sgretolavano i laterizi in eccesso e li macinavano)

La terza famiglia è quella con funzione FONDENTE. Esse vanno ad agire sulla temperatura di cottura, sono importanti perché riducono i costi. Infatti il costo dei laterizi è dovuto al materiale bruciato per arrivare a temperature elevate.

Quindi si usano sempre, nel caso delle porcellane che cuociono a temperature elevate, si usano i FELDSPATI. Oltre i feldspati si usano: il CARBONATO DI CALCIO, I FOSFATI (derivanti dalle ossa animali), OSSIDI DI FERRO (fondenti usati per i laterizi)

Quindi la funzione fondente. durante la cottura è necessario che si formi la fase liquida che solidificando in seguito al raffreddamento, formi un vetro compatto che va a legare i grani del materiale e a riempire le POROSITA'.

COME VENGONO PRODOTTI?

La preparazione dell'impasto è il macinamento delle varie materie prime

Nella formatura la forma è data tramite vari modi:

es. tramite pressatura in delle forme pronte, o per estrusione e poi tagliata. il colaggio viene usato più per i prodotti artigianali, come si produce? C'è una forma in gesso, vi viene colato il materiale dentro, poi il materiale viene assorbito dal gesso così che si essicca solo la parte a contatto col gesso, dopo un po' si rovescia ed esce fuori tutto quello non ancora essiccato, e si ottengono per esempio i vasi, le anfore

Essiccamento: rimuove l'acqua che forma un velo attorno alle particelle di argilla prima della cottura, produce una sensibile contrazione di volume con un riavvicinamento delle particelle, un aumento delle forze reciproche di attrazione e della resistenza meccanica.

Cottura: la temperatura di cottura dipende dalle materie prime e dal prodotto finale:

se a struttura porosa (faenze, laterizi, terrecotte) è tra i 900 e i 1000°C

a struttura compatta (gres e porcellane) tra 1250 -1450°C

Perché a temperatura così elevate? Perché a partire da 900-1000°C  comincia la formazione di una fase liquida che riempie i vuoti tra la particelle.

IMPIEGHI

Sono tanti gli impieghi dei laterizi: murature, faccia a vista rivestimenti, pareti divisorie, ecc...

MATERIE PRIME IN DETTAGLIO PER I LATERIZI

Se come materia prima uno non usasse l'argilla ma la MARNA SABBIOSA  avrebbe già tutto pronto!!

Essa è un materiale naturale dove i vari sedimenti si sono mescolati in varie finiture:

ARGILLA, QUARZO, CALCARE, OSSIDO DI FERRO, SOSTANZE OGANICHE, PIRITE.

È una composizione che però non sappiamo bene come sia fata per cui abbiamo bisogno di fare delle prove. Se il calcare è troppo  cioè superiore al 20% è pericoloso perché c'è il rischio di CALCINELLI in cottura e poi, quando il materiale finito va a contatto con l'acqua si espande di volume e comincia a spaccare tutto.

La presenza dell'ossido ferrino porta delle efflorescenze biancastre che non sono pericolose ma antiestetiche!!!

FRAGILITA' DEI LATERIZI

È una dei problemi più grossi, alcune volte si rompono già alla messa in opera.

Cause:

raffreddamento troppo veloce, cioè le particelle non riescono a legarsi bene.

carburazione delle paste se il combustibile è inadeguato.

altro problema è la GELIVITA', per i laterizi che vanno a contatto con l'atmosfera; c'è una prova per verificare la gelività del materiale, più il materiale è poroso e più riesce ad assorbire l'espansione delle particelle del materiale.. un trucco è proteggerli dall'azione dell'acqua è usare materiali con basso un assorbimento di acqua.

DIAGRAMMA DI STEGER

ASCISSE temperatura di cottura

ORDINATE ritiro lineare

Quando aumenta la temperatura l'acqua rigonfia, superati i 600°C comincia il ritiro, questo fino ai 1200°C  dove il processo si inverte nuovamente

Fino a 800°C  sono porosi

Arrivati a 1200 il raffreddamento sarà sicuramente troppo veloce allora il materiale sarà pi fragile.. l'ideale quindi è il periodo fra 900°C e 1000°C.

Per completare il discorso dei laterizi vediamo i metodi di prova:

PROVE TECNOLOGICHE - METODI DI PROVA (UNI 8942 parte 2°)

Dividiamo le prove su materiali ceramici in:

PROVE MECCANICHE

resistenza a compressione (nella direzione di estrusione)

resistenza a trazione indiretta cioè la prova non è diretta, altrimenti il laterizio rompe di schianto nei punti la dove lo tengo fermo

resistenza a trazione per flessione

aderenza alla malta, è fondamentale, si prendono tre mattoni, legati con la malta, un pò sfalsati, poi si applica un carico che genera lo scorrimento che spacca la malta, lo spacco migliore sarebbe quello in diagonale che significa che si è rotta per taglio.

PROVE FISICHE

assorbimento d'acqua, la velocità di assorbimento deve essere adeguata, né troppo lenta, né elevata, deve essere circa 2 kg /mq∙sec

gelività, cicli di gelo e disgelo, è una prova lunghissima, 300 cicli da 6 ore per cilclo.

PROVE  CHIMICHE le fanno i produttori

presenza di inclusioni calcaree

attitudine alle efflorescenza

ceramici avanzati

la definizione è la stessa dei materiali ceramici tradizionali solo che la materia prima non è l'argilla; sono stati sviluppati da poco più di 40 anni  al fine di ottenere particolari proprietà meccaniche, elettriche, termiche, ottiche o magnetiche

Si tratta di CARBURO DI SILICIO, NITRURO DI SILICIO, CARBURO DI BORO, FIBRE DI VETRO, WHISKERS quest'ultimo ha una resistenza a trazione altissima, quasi 100 volte superiore ad un normale materiale ceramico

Per produrli si parte da polveri di elevata purezza che vengono addensate ad alte temperature con processo di sinterizzazione ovvero coalescenza delle particelle solide per meccanismi di diffusione allo stato solido senza la formazione della fase fusa che tra l'altro aumentava molto i costi..

Quindi sono cotti a temperatura alta e pressati.