Ilmateriale ceramico è generalmente uncomposto inorganico a statosolido, creato conimpasto ceramico e prodotto dacottura, adoperato per vari utilizzi.
Vengono classificati in due grandi gruppi:
I tradizionali sono materiali ceramici a base diargilla,silicati, generalmente sotto forma di sabbia diquarzo efeldspati,alluminosilicati che possono contenereSodio (Na),Potassio (K), oCalcio (Ca). Sono poco resistenti e facilmente formati prima della cottura. Gli avanzati sono costituiti da composti puri o quasi puri, ottenuti persintesi chimica. Presentano meno impurità e hanno proprietà superiori rispetto ai materiali ceramici tradizionali come l'elevata resistenza alle alte temperature e allacorrosione.
La struttura dellacella elementare, a causa della presenza di due o più elementi legati dalegami covalenti o dalegami ionici, dipende dal rapporto tra iraggi ionici degli elementi costituenti; ad esempio nelcloruro di sodio le dimensioni delle due specie chimichesodio ecloro che costituiscono lastruttura cristallina, non sono quelle atomiche ma quelle ioniche. Infatti nel legame il cloro acquista unelettrone che viene ceduto dal sodio. Lo ione cloro ha un raggio ionico maggiore del suoraggio atomico e lo ione sodio ha un raggio ionico minore del suo raggio atomico. Questo stesso aspetto è in parte presente anche nei ceramici con molecole covalenti che presentano uno spostamento dellanuvola elettronica verso l'elemento piùelettronegativo, generando così una zona con carica negativa e una con carica positiva.
I materiali ceramici possono essere rappresentati secondo la formula generale, in cui A è l'elemento metallico, X è l'elemento non metallico, m e n sononumeri interi.
Nel caso più semplice si ha m=n=1 e la formula generale si riduce a AX; in questo caso particolare le differenze tra i cristalli sono dovute ai differenti rapporti tra i raggi ionici degli elementi costituenti. Se le dimensioni ioniche sono simili, la struttura cristallina più stabile è del tipocubico semplice; se invece il rapporto tra i raggi ionici degli elementi costituenti il reticolo si scosta molto dall'unità, la struttura cristallina più stabile è del tipo cubico a facce centrate.
I ceramici posseggono moduli elastici generalmente più grandi rispetto a quelli dei metalli per la maggiore rigidezza dei legami ionici o covalenti presenti; inoltre, hanno una bassa massa volumica poiché sono costituiti da atomi leggeri con una struttura solida spesso poco impaccata, di conseguenza i loro moduli specifici sono elevati.
I prodotti a base diargilla vengono utilizzati soprattutto inedilizia come leterrecotte, ma possono trovare largo impiego anche nei prodottiindustriali: sanitari per il bagno.protesidentarie, stoviglie, materiali ceramici refrattari per applicazioni con funzionamento ad alta temperatura, abrasivi, lame, membrane aosmosi inversa, ecc. I materiali ceramici avanzati invece sono particolarmente adatti in ambienti corrosivi e trovano grande utilizzo in campoautomobilistico,aerospaziali eaeronautico, cometurbine a gas, barriere termiche, anelli di tenuta, ecc.
Lo stesso argomento in dettaglio:Ceramica.In edilizia indica una gamma di prodotti ottenuti per cottura ad elevatatemperatura di masse plastiche minerali costituite fondamentalmente da impasti diargilla,acqua ed eventuali additivi.
I materiali ceramici per edilizia si distinguono in:
I prodotti ceramici possono assumere aspetto e caratteristiche diversi a seconda:
I prodotti ceramici a pasta porosa sono quelli che acquisiscono unaporosità più o meno accentuata, in relazione al tipo dicottura e al contenuto dell'impasto.Sono prodotti ceramici a pasta porosa: monoporosa, bicottura rapida, bicottura tradizionale, laterizi.
I prodotti ceramici a pasta compatta sono quelli che presentano bassissimaporosità e buone doti diimpermeabilità per effetto della saldatura delle particelle, ottenuta elevando latemperatura dicottura al punto digreificazione.Sono prodotti ceramici a pasta compatta:
L'argilla viene prelevata da giacimenti superficiali (cave) o poco profondi, per mezzo dipale caricatrici,ruspe autocaricanti, ecc. e lasciata a lungo esposta agli agenti atmosferici in modo da favorirne la disgregazione, migliorarne l'omogeneizzazione, aumentarne la finezza e laplasticità.
La preparazione dell'argilla consiste nel trasformarla in un impasto omogeneo ed opportunamente dosato, allontanando leimpurità indesiderate, mediante speciali macchine completamente meccanizzate e collegate tra loro connastri trasportatori.
Con la foggiatura o formatura si riduce il materiale grezzo nella forma desiderata, prima di consolidarlo definitivamente (e in modo irreversibile) con le lavorazioni successive.I principali sistemi di foggiatura sono l'estrusione, lapressatura e ilcolaggio.
Nell'estrusione (o trafilatura), l'impasto diargilla, contenente una percentuale d'acqua tra il 15 e il 20%, viene compresso attraverso un'apertura a profilo prestabilito, dettafiliera, ottenendo unfilone diargilla della stessa sezione del manufatto da produrre. Il filone viene quindi tagliato in pezzi della lunghezza voluta da unatagliatrice a coltelli o afilo di acciaio. Si producono in questo modo la maggior parte deimattoni pieni, i mattoni semipieni e forati, i blocchi forati persolai, letavelle e i tavelloni.
Nella pressatura in stampi, l'impasto argilloso (con contenuto d'acqua del 5÷7%) viene costipato da particolaripresse entro apposite forme, esercitando pressioni in grado di compattare il materiale, espellendo l'aria dalla massa e deformandone i grani.Questa è la lavorazione tipica dellepiastrelle, ma viene anche utilizzata per letegole che però abitualmente sono estruse.
Il colaggio in stampi è impiegato per produrre ceramici di forma irregolare e molto complessa, come gli apparecchi igienico-sanitari.
Per evitare fessurazioni e deformazioni per effetto della rapida evaporazione durante la cottura, prima di essere messi nel forno gli elementi vengono essiccati, in modo da ridurre al minimo la quantità diacqua contenuta. A seconda del materiale da trattare si utilizzano essiccatoi statici (a camere), continui (a tunnel), oppure di tipo "rapido" (a rulli).
Durante la cottura, in genere eseguita in forni a tunnel, l'argilla perde la sua plasticità e subisce profonde trasformazioni fisico-chimiche, attraverso le quali raggiunge le sue caratteristiche finali. Latemperatura di cottura varia, a seconda dei prodotti, da 900 a 1050 °C per i laterizi, e da 950 a 1400 °C per tutti gli altri prodotti ceramici.I laterizi e le piastrelle non smaltate, che richiedono una sola cottura, concludono qui il loro ciclo di produzione. I prodotti smaltati possono invece essere fabbricati con due processi tecnologici diversi:bicottura emonocottura.
La bicottura, di cui la cottura sopra descritta costituisce la prima fase, dettacottura del supporto (biscotto), è seguita dalla smaltatura e da un'ulteriore cottura che serve a fondere e fissare lo smalto o la vetrina al supporto.
Nella monocottura (che dà il nome anche ai prodotti) la smaltatura avviene sul supporto essiccato. Segue un'unica cottura che produce contemporaneamente la trasformazione fisico-chimica del supporto e la fusione e il fissaggio dello smalto o della vetrina.
La smaltatura e la cottura del pezzo già cotto, viene chiamata bicottura, mentre monocottura se viene cotto 1 sola volta; il materiale che viene applicato sulla superficie, prende il nome generico dismalto, se è opaca, e divetrina o "cristallina", se è trasparente. L'operazione viene effettuata con macchine completamente automatizzate o a mano per prodotti più pregiati.
La cottura dello smalto avviene in forni che portano alla fusione dello strato di rivestimento (e anche del supporto quando si tratta di monocottura), provocando la completa adesione dello smalto o della vetrina al supporto.
Alla fine del processo di lavorazione, i prodotti ceramici (soprattutto le piastrelle e gli apparecchi sanitari) vengono selezionati e suddivisi in varie scelte, in base alla presenza o meno di determinati difetti.
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