Processi e materiali nella produzione ceramica tradizionale

I materiali ceramici sono dei prodotti ottenuti mediante materie prime inorganiche non metalliche, formati a freddo e consolidati con la cottura. In particolare i materiali ceramici tradizionali sono dei materiali il cui impiego è ormai da tempo consolidato, ottenuti a partire da argille e silicati. Le materie prime utilizzate sono sostanzialmente di tre tipi: plastificanti, come l'argilla, smagranti, come la silice e la chamotte, le quali hanno una funzione strutturale, e i fondenti, come carbonati, feldspati e fosfati.

Caratteristiche dell'argilla

L'argilla è la materia dalla quale si parte per realizzare questo tipo di materiali: la sua principale caratteristica è la plasticità, ovvero la capacità di dare origine, si impastata con acqua, a forme plastiche e modellabili con delle forme che verranno mantenute anche dopo la cottura. Altri costituenti dell'argilla che contribuiscono a questa proprietà possono essere la silice idrata e gli ossidi di ferro.

Ruolo degli smagranti

Gli smagranti sono dei minerali che sono stabili dimensionalmente o tendono ad espandersi in cottura. Vanno a costituire lo scheletro dell'impasto e contrastano il ritiro in cottura a cui il materiale è soggetto per cause chimiche o fisiche. Uno degli smagranti più utilizzati è la sabbia silicea, la quale, durante la cottura, si espande di circa 1,5%. Quando è necessario mantenere il rapporto tra silice e allumina si usa la chamotte, ovvero un'argilla pretrattata che è una miscela di silice e allumina amorfe.

Funzione dei fondenti

I fondenti servono a favorire la fusione delle argille a temperature minori rispetto a quelle che si renderebbero necessarie in altre circostanze. Uno dei fondenti più utilizzati è il carbonato di calcio, in particolare per i prodotti a pasta porosa. Altri materiali spesso utilizzati con questa funzione sono i feldspati, che si usano quando le temperature di cottura si aggirano intorno ai 1500° C.

Processo di estrazione e pre lavorazione

Il primo step per la produzione di un materiale ceramico è l'estrazione, ovvero la scelta delle materie prime. La qualità di queste si traduce in un numero maggiore o minore di impurità, umidità del materiale e potenzialità di giacimento.

Successivamente si passa alla pre lavorazione a umido, necessaria in quanto appena prelevata l'argilla si presenta in modo abbastanza disomogeneo. È pertanto necessario omogeneizzarla e questo viene fatto grazie a dei cassoni dosatori che poi inviano il composto a un frantumatore, il quale fa giungere l'argilla alla granulometria desiderata. Infine viene ridotta in strati in un laminatoio, dopo queste fasi passa attraverso un mescolatore che la impasta con acqua in proporzioni variabili in base alla destinazione finale del prodotto, cosa che le conferisce plasticità.

Tecniche di formazione

La formazione può avvenire secondo diverse tecniche in base alla destinazione d'uso del prodotto. Una delle tecniche più utilizzate è la pressatura, che si pratica lavorando con argilla allo stato secco. L’argilla viene pressata uniassialmente o isostaticamente sotto forma di polvere. Questo metodo è utilizzato per le stoviglie o per prodotti edili.

Un altro metodo molto utilizzato è l'estrusione, per il quale è necessaria una quantità maggiore d'acqua di circa il 20%; l'impasto, dopo essere stato privato dell'aria presente nell'impasto, passa attraverso la filiera e alla fine di essa viene tagliato.

Il colaggio richiede invece una quantità d'acqua di circa il 40% e si utilizza per realizzare dei prodotti ceramici con delle particolari geometrie, ad esempio i sanitari. L'argilla liquida viene messa all'interno di stampi di gesso.

Essiccamento e cottura

L’essiccamento precede la cottura vera e propria, ed è fondamentale per evitare evaporazione troppo brusche dell'acqua durante la cottura. Il pezzo viene messo in un forno molto umido e riscaldato senza perdita d'acqua, cosa che favorisce il flusso d'acqua dal cuore alla superficie. Successivamente se ne riduce l'umidità e si aumenta la temperatura in modo da allontanare l'acqua presente nei pori.

La cottura viene eseguita in forni a tunnel, nei quali il materiale scorre su un carrello e viene investito da aria riscaldata, in modo da ottenere un riscaldamento progressivo con conseguente cottura omogenea del prodotto.