Appunti di chimica applicata - scienza dei materiali

MATERIALI CERAMICI TRADIZIONALI

Sono i materiali ottenuti per cottura di impasti contenenti minerali argillosi. Il significato si è esteso a comprendere parte dei materiali inorganici non metallici, di frattura fragile ed ottenuti con processi diversi dalla sinterizzazione (anche vetro (non amor in genere), cemento, quarzo, silicati). Il principale punto debole è la bassa tenacità (resistenza all'urto), cosa che ne ha limitato il loro impiego. Ma oggi con tecniche avanzate di preparazione (di rinforzo) si ottengono materiali ceramici con resistenza alla frattura fragile.

Caratteristiche:

• temperature di fusione alte (bello: xke sono materiali che possono essere portati a temp. sopra i 1000 gradi senza perdere le caratteristiche)
• elevata durezza (resistenza all'abrasione superficiale)
• alta resistività elettrica
• bassissima conducibilità termica (dilatazioni lineari contenute)
• buona resistenza chimica
• bassi costi

di silicato può essere legato ad altri strati tramite legami deboli come il van der Waals. Le proprietà dei materiali ceramici dipendono dalla struttura dei silicati. Ad esempio, i materiali ceramici con struttura a isola hanno una maggiore fragilità e un elevato modulo elastico. Questo significa che possono resistere a sforzi significativi con un allungamento contenuto. I silicati possono formare diverse strutture, come isole, catene o anelli. Inoltre, i cationi possono intervenire in modi diversi a seconda della disposizione dei tetraedri. Ad esempio, nella struttura a strati, tre angoli complanari di un tetraedro di ossido di silicio sono legati agli angoli di tre altri tetraedri uguali. Questa struttura a strati è tipica dei materiali argillosi, che vengono chiamati llosilicati. Ogni tetraedro di silicato ha un ossigeno libero, il che consente agli strati di silicato di legarsi ad altri strati tramite legami deboli come il van der Waals.

può legarsi con un altro tipo di strato. I legami fra gli strati sono deboli, gli strati scorrono facilmente uno sull'altro (plasticità dei silicati).

Silice cristallina: tutti i 4 angoli del tetraedro condividono atomi di ossigeno.

Strutture di base: quarzo, tridimite, cristobalite

Feldspati: reticoli tridimensionali (tectosilicati). Alcuni ioni di alluminio sostituiscono gli ioni disilicio conferendo una carica netta negativa.

Microstruttura ceramici tradizionali:

• prodotti tessitura porosa - non rivestiti (non strutturali, strutturali, terraglie speciali) - rivestiti (faenze, maioliche, terraglie)
• Prodotti a tessitura compatta - non rivestiti (gres, porcellana) - rivestiti (gres, gres di qualità, porcellana).

Materie prime: per la produzione di materiali ceramici per edilizia: plastificante - funzione (argille, altre sostanze plastificanti ovvero sostanze organiche quali acidi umici, lignina..): assicura

All'impasto umido, l'attitudine ad essere deformato plasticamente, coesione interna nel materiale formato, da assicurare resistenza alla rottura adeguata rispetto alle sollecitazioni prevedibili. È una funzione importante per la fase di formatura.

Smagrante - funzione (sabbie silicee, chamotte ovvero scarto cotto macinato, usato negli impasti per prodotti a struttura porosa.): Serve a regolare la plasticità e resistenza alla deformazione dell'impasto ed assicura il controllo delle variazioni dimensionali che accompagnano le fasi di essiccamento e cottura. È importante in tutte le fasi di fabbricazione, dalla formatura all'essiccamento ed alla cottura. La silice cristallina è una sostanza polimorfa ed inerte anche se non al 100%. A 573 gradi il quarzo alfa si trasforma in quarzo beta: essa avviene con variazioni di volume di circa il 2%, ciò ha delle conseguenze pericolose per l'integrità del pezzo.

fondente—funzione (carbonati, feldspati, fosfati, altri fondenti come ossidi di ferro): presiede alla formazione di fase liquida, in quantità e con caratteristiche teologiche adeguate, una volta raggiunta la temp. di cottura. Questa fase liquida, destinata a solidi care durante il ra raffreddamento, con formazione di fase a struttura vetrosa, svolge ruolo fondamentale di densificazione/indurimento durante la cottura. La funzione fondente è importante per la fase di cottura. Materiali di riciclo: alcuni prodotti ceramici (come laterizi o piastrelle) possono essere fabbricati usando impasti contenenti materiali di scarto, derivanti dallo stesso processo produttivo o altre lavorazioni. Vantaggi: risparmio di materie prime naturali e riduzioni di materiali destinati allo smaltimento nell'ambiente. Rischi: potenziali effetti negativi sulla qualità del prodotto e sulla resa produttiva. Processo produttivo: impasto (uguale per tutti: prendo argilla già pronta o ho

Ricetta da seguire - Preparazione

Acqua: input = materie prime. Output = impasto (polvere, pasta, barbottina) (ottengo piatto/piastrella/vaso/mattone)

Formatura

Input: impasto. Output: prodotto formato verde (dotato di adeguate caratteristiche meccaniche e di coesione) (perché togliere acqua serve per avere più resistenza meccanica anche prima di essiccamento)

Essiccazione

Input: prodotto formato verde. Output: prodotto formato essiccato. Schema termodinamico controcorrente: in ingresso il materiale incontra aria fredda ed umida, ma quando sta uscendo incontra aria calda e secca.

Cottura

Input: prodotto formato essiccato. Output: prodotto cotto. Il materiale riscaldato in condizioni controllate fino alla temperatura massima di cottura e quindi portato a temperatura ambiente.

Sinterizzazione

La sinterizzazione è un processo termico che trasforma un materiale polverulento in un materiale indivisibile; le particelle incoerenti consolidate con fenomeni di fusione, reazioni e trasformazioni.

allo stato solido ottenendo prodotto denso e coerente; avviene ad elevatetemperature ma inferiori al punto di fusione; la microstruttura dipende dal tempo: maggiore il tempo di sinterizzazione, + grandi sono le particelle che si formano. durante la cottura si forma fase vetrosa che riempie gli spazi vuoti; durante il ra reddamento, la fase liquida solidifica e si forma matrice vetrosa che lega le particelle tra loro; la quantità di fase fusa prodotta in fase di cottura dipende dalla sua viscosità. Fondenti carbonatici: bassa viscosità che comporta la non possibilità di far formare un’abbondante fase fusa, si ottengono prodotti porosi. Fondenti feldspatici: alta viscosità e possibilità di formazione di abbondante fase fusa. Si ottengono prodotti grei cati.e decorazioni—rivestimento oppure cuocio solo ceramica e separatamente il rivestimentoTecnica della formatura:—pressatura a secco:

compattazione uniassale= ho 2 cilindri contrapposti alimentati da polvere. Questa viene presa dai 2 rulli che producono uno strato continuo che è una lastra.

colaggio: polvere di materiale ceramico ed un liquido sono miscelati per preparare una sospensione stabile (barbottina). Essa viene versata in uno stampo poroso e la porzione liquida è parzialmente assorbita dallo stampo. Si forma uno strato di materiale semi-solido sulla superficie dello stampo, la barbottina in eccesso viene rimossa dalla cavità, il materiale nello stampo viene lasciato essiccare e poi cotto.

estrusione: sezioni trasversali semplici e forme cave prodotte per estrusione. Il materiale ceramico plastico viene forzato in una matrice di acciaio duro o di una lega dura per mezzo di una vite senza fine.

PIASTRELLE CERAMICHE

La piastrella di ceramica è una lastra di materiale ceramico usata come rivestimento di pavimenti e pareti. La piastrella è un componente modulare. Il prodotto finito è la piastrellatura.

La classificazione è secondo En 14411 secondo il metodo di formatura (estrusione, pressatura) e assorbimento d'acqua (misura della porosità aperta). Supporto poroso = elevato assorbimento d'acqua: resistenza meccanica molto bassa, ma resistono bene a compressione. Non si può utilizzare a pavimento perché è flessibile, a eccezione del cotto orientino. Supporto greificato = basso assorbimento d'acqua. Proprietà meccaniche massive = conosco geometria e forza delle piastrelle quindi possono conoscere le caratteristiche del materiale. MR: modulo di rottura (è una proprietà intensiva ovvero dipende dal materiale). F: carico di rottura (è proprietà estensiva ovvero dipende dalle dimensioni della piastrella). Più basso l'assorbimento acqua, più aumentano le prestazioni meccaniche. L'assorbimento d'acqua è significativamente correlato con diverse proprietà delle piastrelle. Proprietàmeccaniche super ciali= resistenza all'abrasione super ciale (GL): e etto levigatura. Una carica abrasiva viene posta in rotazione sulla super cie del provino, per un numero prestabilito di giri. I provini abrasi vengono esaminati e confrontati con i provini non abrasi. —>zona fornelli, frigo, tavolo + soggetta ad abrasione. Si prende la piastrella, ci si mette un bicchierino con torrione e sfere di acciaio. Si prende la piastrella e la si ruota x simulare l'abrasione, poi la si mette in stufa e a confronto con piastrella non abrasa. Caratteristiche di sicurezza: coe ciente di attrito, resistenza allo scivolamento. Ho 2 cose discordanti: in bagno serve che sia sicuro per non scivolare xò per igiene bisogna pulire con cose aggressive per prevenire mu e. Il progettista deve de nire livello prestazione da richiedere al materiale. La corretta identi cazione del livello di prestazione richiesto è essenziale al ne di poter compiere scelta tecnicamente corretta della

piastrella da usare nelle diverse condizioni operative.

LEGANTI AEREI E IDRAULICI —> sempre materiali ceramici ma diversa forma e funzione.

Venduti sfusi : sono 1 semilavorato, hanno caratteristiche meccaniche solo in potenza.

Leganti= prodotti inorganici (non metallici) in forma di polvere molto ne, che miscelati con acqua formano una pasta, che prima perde la plasticità (presa) e poi diventa rigida, dura e resistente (indurimento).

fi fi fi fi fi fi ff fi fi ffi fi fi fi fi fi fl ff fifi

Aerei= fanno presa con acqua ed induriscono a contatto con l’aria (non operano a contatto permanente con acqua o in ambienti particolarmente umidi xke composti da materiali solubili, l’umidità cadenza sui materiali e li modi ca irreversibilmente): si dividono in calce aerea e gesso.

Idraulici= fanno presa ed induriscono anche a contatto con l’acqua (possono operare a contatto permanente con acqua) si dividono in calce idraulica e cementi. I cementi sono gli ultimi

arriva