Materiali Ceramici: Appunti

I MATERIALI CERAMICI

CERAMICA: materiale composto inorganico, non metallico, molto duttile allo stato naturale, rigido dopo cottura. Generalmente composto da ossidi, nitruri e carburi.

L MERCATO:

• 55% Vetro
• 17% Ceramiche avanzate
• 10% Whiteware
• 9% Porcellane
• 7% Refrattari
• 2% Abrasivi

PRINCIPALI PROPRIETÀ MECCANICHE:

FRAGILITÀ:

il materiale sottoposto allo sforzo non subisce (almeno macroscop.) deformazione plastica e si frattura.

a) fratt. fragile

b) fratt. intermedia

c) fratt. duttile

È dovuto alla presenza sia di legami ionici che covalenti (ceram.) parte fragile a Tamp, ma non a T++.

influenza anche dai difetti nel materiale

es) VETRO: Resist. pratica: 100 MPa Resist. teorica: 10.000 MPa

Griffith ipotizza che ci sono microfratture (CRICCHE)

^σf

C ~ σ_f√a

• σ_n: sforzo nominale
• ɛ: deform. nominale

E: modulo di Young^* y: energia x creare una superficie unitaria di frattura a: ampiezza cricca

*

legge di Hooke:

E = σ/Ɛ

con E = modulo di Young il parametro che caratterizza la resistenza del solido alle deformazioni unitarie

Tipico comportamento mat. ceramico:

Se valore max di resistenza è quello neces- sario a rompere i legami tra gli atomi pre- senti sulla superficie di rottura

DUREZZA: resistenza alla deformazione permanente

Le prove di durezza: resistenza offerta da un materiale a incisioni – penetrazione da un altro (penetrazione)

es.: Brinell Vickers Rockwell

tramente queste si possono creare delle scale empiriche:

Scala di Mohs

• minerale - grado
• Talco - 1
• Gesso - 2
• Calcite - 3
• Fluorite - 4
• Apatite - 5
• Ortoclase - 6
• Quarzo - 7
• Topazio - 8
• Corindone - 9
• Diamante - 10

—> 10 minerali: numerati in modo che quello superiore è in grado di scalfire quello precedente = valutativo

Altra scala: Rosival, al Corindone viene attribuito 1000 e altre resistenza da Corso, materia = valore effettivo

Gruppo delle Cloriti

Il gruppo di fillosilicati comprende dove la diversità marcona dalla quantità di ioni Al che sostituiscono Mg e Si.

Struttura T-O-T con strato tipo brucito (Mg(OH)₂) parzialmente sostituito

formato da 2 strati di ioni OH che racchiuso 2 ioni portanti dove Mg²⁺, Fe²⁺, Al³⁺ al centro degli ottaedri. Unità TOT _{(+) (-)} e nutrizione da T-O-T.

Gruppo delle Smectiti

La famiglia di minerali fillisilicati: T-O-T. Sono compresi: - Montmorillonite - Beidellite - Saponite - Nontronite

• sostituzioni nei tetraedri e negli ottaedri

Mg²⁺, Fe²⁺, M²⁺ ₍₊₎ Al³⁺ Al³⁺ _{(o Fe³⁺)} → Si⁴⁺

determinano un eccesso di cariche ☉ che vengono neutralizzate da ioni alcalino e alcalino terrosi che si pongono nell’interstrato.

Lo spazio tra gli strati può essere occupato anche di H₂O permettendo degli isteri: dell’aumento dell’H₂O (anche variazione di V del 30%).

può produrre fratture nel corpo ceramico durante l’essiccamento

I cationi presenti nell’interstrato possono essere scambiati con l’ambiente esterno, perciò metodo di conservare l’elevato elettronegatività global dell’argilla (valori di scambio cationico da 80-150 meq/100g)

CSC: Somma dei cationi scambiabili nella superficie della capacità di

particelle argillose = meq/litros./100g)

Sempre da CSC↑: effetto sulla reologia delle sospensioni ceramice cationi adronici con forze #.

• Seri LITOTRICA: Li⁺ < Na⁺ < K⁺ < Cs⁺ < Mg²⁺ < Ca²⁺ < Sr²⁺

LA MACINAZIONE

È un processo industriale che ha come scopo la riduzione controllata della distribuzione granulometrica del materiale solido.

Perché si macina?

• Per preparare le materie prime per successive separazioni (es. minerali: es.: piombo);
• Per preparare le materie prime per successive reazioni chimiche;
• Un aumento della superficie specifica del solido permette di aumentare la % di reazione;
• Per ottenere una granulometria definita per la qualità del prodotto finale;
• Come rivela il trattamento un mescolamento tra le componenti;
• Preparazione di prodotti di scarto per il riciclaggio.

Fattori che influenzano la macinazione: Durezza (MOHS)

FRATTURA:

• S: basa sulla teoria della frattura fragile di Griffeth: spiega come avvenga una frattura duttile;
• È necessario per determinare la fattura che avviene superiore all'♀ superficiale che si crea in essa;
• È cercare un meccanismo di propagazione.

L'applicata una F è esterna e ha un'ampiezza minima della frattura oltre la quale essa si propaga.

NB: Le particelle piccole saranno più difficili da fratturare perché difficilmente ovvero fratture di dimensione minimo sufficientemente elevato.

DISTRIBUZIONE GRANULOMETRICA:

Lista di valori o una curva espressa in un diagramma. Rappresenta la quantità relativa di particelle in base alla loro dimensione.

• Metodo per misurare una particella con congiunzioni:
• Diametro max/min;
• Volume sfera equiv;
• Ara sfera equiv.

Meccanismi:

• Schiacciamento delle particelle

  b) in apposite macchine (mulini) realizzate in materiali particolarmente duri.

  Il prodotto di questa azione consiste normalmente nella produzione di particelle di dimensioni simili, con scarsa presenza di polveri.

  Es.: Frantumatore a mascella

• Attrito delle particelle

  L’avviene attraverso spregamento e frantumazione delle particelle fra loro e con corpi macinanti fissi o mobili.

• Frattura per impatto

  L’azione di forze d’urto appli­cate su spigoli e angoli della partico­lla ed aventi azione efficace sul piano di frattura delle particelle stesse.

Alcuni fattori dei materiali influenzano l'efficacia:

• Dimensioni lineari delle particelle da macinare

  b) Rapporto di riduzione:

  • m = D/d con D: dim. material rigore
  • d: dim. material uscita
  • 2 x polidimensioni: m = D80/do con 80% su curva
• Durezza
• Umidità ed igroscopicità
  • b) riduce il rendimento delle apparecchiature
• Tendenza all’agglomerazione
• Fragilità/Tenacità
  • le materiali tenaci (che si deformano facilmente) sono difficili da sfragliare
  • la bontà riduce la T.

Modelli Matematica

(o equazioni costitutive)

Permettono di descrivere dati sperimentali in pochi parametri, e

possono essere usati all’interno di software di simulazione.

Bingham

_τ = _τ0 + _ηpγ̇

_γ̇ = 0 se _σ < _σ0

Carreau-Yasuda

_η - _η∞

-----------------

_η0 - _η∞ = [1 + (_λγ̇)_a]^(n-1)/a

Casson

^√_τ = √_τ0 + √_ηpγ̇

_γ̇ = 0 se _σ < _σy

+ vedi CROSS, HERSCHEL-BULKLEY,

KRUYGER-DOUGHERTY

Tissotropia

Variazione reversibile della _η causata

dalla distruzione della microstruttura

del campione nel tempo - pseudo plastici

Viscoelasticità

Proprietà tempo dipendente nel quale un materiale

sottoposto ad una F esterna mostra un comportamento

misto: elastico e viscoso.

Tutti i fluidi hanno il duplice comportamento, chi è

più viscoso, chi più elastico (dipende dalla F imposta)

perché i loro componenti elastici e di amortizzazione.