MATERIALI CERAMICI: PROPRIETÀ, TIPOLOGIE, USI - VOCABOLARIO CULTURALE - 2025

I materiali ceramici sono composti da inorganici, metallici o non solidi che hanno subito calore. La sua base è solitamente di argilla, ma ne esistono di diversi tipi con diverse composizioni.

L'argilla comune è una pasta ceramica. Anche l'argilla rossa è un tipo di materiale ceramico che ha silicati di alluminio tra i suoi componenti. Questi materiali sono formati da una miscela di fasi cristalline e / o vetrose.

Se sono realizzati con un unico cristallo, sono monofase. Sono policristallini quando sono costituiti da molti cristalli.

La struttura cristallina dei materiali ceramici dipende dal valore della carica elettrica degli ioni e dalla dimensione relativa dei cationi e degli anioni. Maggiore è la quantità di anioni che circondano il catione centrale, più stabile sarà il solido risultante.

I materiali ceramici possono essere sotto forma di un solido denso, fibra, polvere fine o pellicola.

L'origine della parola ceramica si trova nella parola greca keramikos, il cui significato è "cosa bruciata".

Accusa

La lavorazione dei materiali ceramici dipende dal tipo di materiale che si vuole ottenere. Tuttavia, la produzione di un materiale ceramico richiede normalmente i seguenti processi:

1- Miscelazione e macinazione delle materie prime

È il processo in cui le materie prime vengono unite e si cerca di omogeneizzarne le dimensioni e la distribuzione.

2- Conformazione

In questa fase viene data all'impasto forma e consistenza, che si ottiene con le materie prime. In questo modo si aumenta la densità della miscela migliorandone le proprietà meccaniche.

3- Stampaggio

È il processo mediante il quale viene creata una rappresentazione o un'immagine (in terza dimensione) di qualsiasi oggetto reale. Per modellare, uno di questi processi viene comunemente eseguito:

urgente

La materia prima viene pressata in uno stampo. La pressatura a secco è spesso utilizzata per realizzare prodotti refrattari e componenti ceramici elettronici. Questa tecnica consente di produrre rapidamente diversi pezzi.

Stampaggio barbonite

È una tecnica che permette di produrre la stessa forma centinaia di volte senza errori o deformazioni.

Estrusione

È un processo durante il quale il materiale viene spinto o estratto attraverso uno stampo. Utilizzato per generare oggetti con una sezione trasversale chiara e fissa.

4- Asciugatura

È un processo che consiste nel controllare l'evaporazione dell'acqua e le contrazioni che produce nel pezzo.

È una fase critica del processo perché dipende da essa che il pezzo mantenga la sua forma.

5- Cucinare

Da questa fase si ottiene la "torta". In questo processo, la composizione chimica dell'argilla viene modificata per renderla fragile ma porosa all'acqua.

In questa fase il calore deve aumentare lentamente fino a raggiungere una temperatura di 600ºC. Dopo questa prima fase, vengono eseguite le decorazioni, quando vogliono essere realizzate.

È importante assicurarsi che i pezzi siano separati all'interno del forno per evitare deformazioni.

Proprietà dei materiali ceramici

Sebbene le proprietà di questi materiali dipendono in gran parte dalla loro composizione, in generale condividono le seguenti proprietà:

• Struttura di cristallo. Esistono però anche materiali che non hanno questa struttura o ce l'hanno solo in determinati settori.
• Hanno una densità di circa 2 g / cm3.
• Questi sono materiali con proprietà isolanti di elettricità e calore.
• Hanno un basso coefficiente di espansione.
• Hanno un alto punto di fusione.
• Sono generalmente impermeabili.
• Non sono combustibili né ossidabili.
• Sono dure, ma fragili e leggere allo stesso tempo.
• Sono resistenti alla compressione, all'usura e alla corrosione.
• Hanno il gelo o la capacità di resistere alle basse temperature senza deteriorarsi.
• Hanno stabilità chimica.
• Richiedono una certa porosità.

Classificazione: tipi di materiali ceramici

1- Ceramica rossa

È il tipo di argilla più abbondante. Ha un colore rossastro dovuto alla presenza di ossido di ferro.

A cottura ultimata si compone di alluminato e silicato. È il meno elaborato di tutti. Se si frattura, il risultato è una terra rossastra. È permeabile a gas, liquidi e grassi.

Questa argilla è comunemente usata per mattoni e pavimenti. La sua temperatura di cottura è compresa tra 700 e 1000 ° C e può essere ricoperta con ossido di stagno per ottenere una terracotta stagna. Le terrecotte italiane e inglesi sono realizzate con diversi tipi di argilla.

2- Ceramica bianca

È un materiale più puro, quindi non hanno macchie. La loro granulometria è più controllata e solitamente sono smaltati all'esterno per migliorarne l'impermeabilità.

Viene utilizzato nella produzione di sanitari e stoviglie. Questo gruppo include:

Porcellana

È un materiale a base di caolino, un tipo di argilla purissima a cui vengono aggiunti feldspato e quarzo o selce.

La cottura di questo materiale avviene in due fasi: nella prima fase viene cotto a 1000 o 1300 ° C; e nella seconda fase si possono raggiungere i 1800 ° C.

Le porcellane possono essere morbide o dure. Nel caso di quelli morbidi la prima fase di cottura raggiunge i 1000 ° C.

Viene quindi tolto dal forno per applicare la glassa. E poi si torna in forno per la seconda fase in cui viene applicata una temperatura minima di 1250 ° C.

Nel caso delle porcellane dure, la seconda fase di cottura viene eseguita a una temperatura superiore: 1400 ° C o più.

E se si vuole decorare, si fa la decorazione definita e si mette in forno, ma questa volta a circa 800 ° C.

Ha molteplici usi nel settore per realizzare oggetti per uso commerciale (stoviglie, ad esempio) o per oggetti per uso più specializzato (come l'isolamento nei trasformatori).

3- Refrattario

È un materiale in grado di resistere a temperature molto elevate (fino a 3000 ° C) senza deformarsi. Sono argille che hanno grandi proporzioni di ossido di alluminio, berillio, torio e zirconio.

Vengono cotte tra 1300 e 1600 ° C, e devono essere progressivamente raffreddate per evitare cedimenti, crepe o tensioni interne.

La norma europea DIN 51060 / ISO / R 836 stabilisce che un materiale è refrattario se si ammorbidisce con una temperatura minima di 1500 ° C.

I mattoni sono un esempio di questo tipo di materiale, utilizzato per la costruzione di forni.

4- Bicchieri

Gli occhiali sono sostanze liquide a base di silicone che si solidificano in forme diverse quando si raffreddano.

Alla base di silicio vengono aggiunte diverse sostanze flussanti, a seconda del tipo di vetro da produrre. Quelle sostanze abbassano il punto di fusione.

5- Cementi

È un materiale composto da calcare e calcio macinato, che diventa rigido una volta miscelato con il liquido (preferibilmente acqua), e viene lasciato sedimentare. Mentre è bagnato, può essere modellato nella forma desiderata.

6- Abrasivi

Sono minerali con particelle estremamente dure e che hanno ossido di alluminio e pasta di diamante, tra i loro componenti.

Materiali ceramici speciali

I materiali ceramici sono resistenti e duri ma sono anche fragili, motivo per cui i materiali ibridi o compositi sono stati sviluppati con una matrice in fibra di vetro o polimero plastico.

I materiali ceramici possono essere utilizzati per sviluppare questi ibridi. Si tratta di materiali composti da biossido di silicio, ossido di alluminio e alcuni metalli come cobalto, cromo e ferro.

Due tecniche sono utilizzate nell'elaborazione di questi ibridi:

Il sintetizzato

È la tecnica con cui vengono compattate le polveri metalliche.

Gli avannotti

Con questa tecnica, la lega si ottiene comprimendo la polvere metallica insieme al materiale ceramico in un forno elettrico.

Le cosiddette ceramiche a matrice composita (CMC) rientrano in questa categoria. Questi possono essere elencati:

- Carburi

Come tungsteno, titanio, silicio, cromo, boro o carburo di silicio rinforzato con carbonio.

- Nitruri

Come silicio, titanio, ossinitruro di ceramica o sialon.

-

Sono materiali ceramici con proprietà elettriche o magnetiche.

I 4 principali utilizzi dei materiali ceramici

1- Nell'industria aerospaziale

In questo campo sono richiesti componenti leggeri con resistenza alle alte temperature e alle esigenze meccaniche.

2- In biomedicina

In quest'area sono utili per realizzare ossa, denti, impianti, ecc.

3- In elettronica

Dove questi materiali vengono utilizzati per la produzione di amplificatori laser, fibre ottiche, condensatori, lenti, isolanti, tra gli altri.

4- Nell'industria energetica

È qui che i materiali ceramici possono produrre componenti di combustibili nucleari, ad esempio.

I 7 materiali ceramici più eccezionali

1- Allumina (Al2O3)

È usato per contenere metallo fuso.

2- Nitruro di alluminio (AIN)

È usato come materiale per circuiti integrati e come sostituto di AI203.

3- Carburo di boro (B4C)

È usato per realizzare armature nucleari.

4- Carburo di silicio (SiC)

Viene utilizzato per rivestire i metalli, per la sua resistenza all'ossidazione.

5- Nitruro di silicio (Si3N4)

Sono utilizzati nella produzione di componenti per motori automobilistici e turbine a gas.

6- Boruro di titanio (TiB2)

Partecipa anche alla produzione di scudi.

7- Urania (UO2)

Serve come combustibile per i reattori nucleari.

Riferimenti

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2. D., Felipe (2010). Proprietà ceramiche. Estratto da: constructorcivil.org
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