Scienza e tecnologia dei materiali - ceramici

Cottura

Viene effettuata prevalentemente in forni a tunnel, con temperatura di cottura di 950-1000°C. La durata del ciclo termico è dell'ordine di decine di ore.

Caratteristiche

La porosità è una caratteristica importante per i laterizi, in quanto condiziona, anche se in misura variabile, tutte le altre proprietà. Alla porosità aperta è associata la permeabilità ai gas e ai vapori, e in una certa misura anche l'aderenza fra il laterizio e i conglomerati cementizi (malte e calcestruzzi), caratteristiche certamente vantaggiose, ma anche la permeabilità all'acqua, che deve essere ovviamente controllata per i laterizi per coperture. La porosità aperta ha influenza anche sulla resistenza al gelo (sulla resistenza, cioè, alle rotture indotte dalla solidificazione dell'acqua penetrata nei pori allorché la temperatura scende al di sotto di 0°C).

La resistenza al gelo, che viene controllata

Per i laterizi utilizzabili in esterni, ma che comunque la generalità dei laterizi possiede, dipende però anche, e in misura significativa, dalla distribuzione delle dimensioni dei pori: esiste infatti un diametro critico (stimato pari a 1,8 μm), al di sotto del quale il rischio di gelo è da considerarsi elevato.

Il rischio di efflorescenza (di comparsa, cioè, di depositi biancastri di Sali: solfati, cloruri, carbonati, ecc. solubili in acqua trasportati per capillarità dall'interno alla superficie del pezzo dall'acqua meteorica assorbita dal pezzo stesso nelle condizioni di esercizio, e rimasti in superficie dopo l'evaporazione dell'acqua) è da mettere in relazione con la composizione delle materie prime (tenore in sali solubili) e le condizioni di cottura. Additivando sali di bario all'impasto è possibile ridurre questo rischio.

Il rischio di comparsa di inclusioni calcaree è da mettere in relazione

Piastrelle ceramiche per pavimento e rivestimento

Circa il 95% delle piastrelle prodotte in Italia è formato per pressatura. Per quanto concerne la destinazione (rivestimento di pavimenti o di pareti, all'interno o all'esterno) si può osservare che:

• I prodotti a superficie non smaltata (clinker, cotto, grès rosso e grès porcellanato) trovano la loro destinazione prevalente nei pavimenti (anche se vi sono esperienze significative di impiego di clinker e grès porcellanato nel rivestimento di pareti soprattutto esterne)
• La maiolica e la terraglia-pasta bianca sono tipici materiali per il rivestimento delle pareti interne
• Le monocotture (rosse e chiare) sono in generale materiali per pavimento
• Il cottoforte è un materiale per rivestimento di pavimenti e pareti interne
• Possono trovare applicazione all'esterno i materiali pressati a supporto

Fabbricazione

Materie prime per il supporto. La gamma degli impasti è ampia così come la gamma dei prodotti considerati.

- Maiolica, cottoforte, monocottura rossa, cotto e grès rosso sono prevalentemente ottenuti a partire da un impasto naturale, salvo alcune aggiunte o correzioni (per esempio chamotte). Si tratta di materie prime cuocenti rosso, per l'apprezzabile contenuto di ossidi di ferro. Gli impasti per monocottura rossa sono spesso additivati con altri materiali.

- Il clinker è ottenuto da impasti formati da argille chiare o colorate di natura illitico-caolinitica ed esenti da carbonati, alle quali vengono aggiunte chamotte e sabbie silicee e feldspatiche.

- I prodotti a pasta bianca o chiara (terraglia, monocottura chiara, grès porcellanato) sono ottenuti da impasti preparati in stabilimento.

Preparazione dell'impasto

In generale, si fa ricorso:

- al processo a

secco con umidificazione convenzionale per tutti i prodotti ottenuti da un’unicamateria prima (maiolica, cottoforte, grès rosso)- al processo a secco con granulazione per la monocottura rossa mediamente greificata (e destinataa cottura in forni lenti) o porosa- al processo ad umido (macinazione ad umido ed essiccamento a spruzzo) per tutti i prodotti apasta chiara (terraglia, monocottura chiara e grès porcellanato) e per le monocotture rosse,altamente greificate, destinate a cottura in forni rapidi.

Formatura. A pare cotto e clinker, ottenuti per estrusione, tutti i rimanenti tipi di piastrelle ceramiche sonoformati mediante pressatura.

Essiccamento. Attualmente gli essiccatoi più diffusi sono quelli rapidi ad aria calda.

Smaltatura. Gli smalti sono miscele di fritte, sabbia, caolino, agenti coloranti e opacificanti. L’applicazioneviene fatta prevalentemente ad umido, con diversi sistemi di applicazione. La decorazione può essereeffettuata mediante serigrafia.

La smaltatura può essere fatta: - o sul supporto preventivamente cotto, nel caso della tecnologia di bicottura, - o sul supporto crudo essiccato, nella tecnologia di monocottura.

Cottura. Effettuata per la maggior parte dei prodotti in forni rapidi monostrato. I cicli variano dai 30-40 minuti ai 70 minuti. Le temperature di cottura variano: - dai 1000-1020°C per i prodotti porosi - ai 1050-1100°C della monocottura rossa - ai 1150-1200°C della monocottura chiara - ai 1200-1220°C del grès porcellanato

Caratteristiche. - Uno dei parametri su cui è basata la classificazione è l'assorbimento d'acqua, che fornisce una misura della porosità. È una scelta fondata, poiché la porosità influenza le altre caratteristiche del prodotto. - L'assorbimento d'acqua condiziona pure in misura significativa la resistenza al gelo. Occorre tener conto di quantità e dimensione dei pori, caratteristiche che influenzano

L'assorbimento d'acqua e quindi la maggiore o minore affidabilità rispetto ai rischi di gelo. Le caratteristiche meccaniche superficiali e chimiche delle piastrelle smaltate dipendono dalla composizione e dalla microstruttura dello smalto, le quali condizionano anche la durabilità in esercizio.

Sanitari

Classificazione e applicazioni

Per i sanitari vi sono due distinte classificazioni.

La prima è una classificazione che potremmo definire "ceramica", in funzione delle caratteristiche microstrutturali del materiale, determinate dal tipo di impasto e dalle condizioni di cottura.

La seconda è una classificazione degli apparecchi sanitari, in funzione della destinazione di impiego.

Dal punto di vista strutturale, la differenza fondamentale fra i diversi tipi è riconducibile alla porosità. Considerando l'importante influenza della porosità sulle caratteristiche meccaniche e di resistenza all'attacco.

chimico del prodotto, nonché il fatto che la formazione di una matrice vetrosa, cui è riconducibile l'elevata compattezza, è accompagnata da variazioni dimensionali (ritiri) di notevole entità, sicomprende come la porcellana sanitaria sia utilizzata essenzialmente per componenti di dimensioni relativamente piccole (vasi, lavabi, bidè, orinatoi), mentre per gli apparecchi di più grandi dimensioni (lavelli, piatti doccia, vasche) si faccia ricorso al grès porcellanato: dunque a un materiale a struttura porosa e, corrispondentemente, a impasti caratterizzati da ritiri in cottura più contenuti.

Si noti come, a differenza di quanto riportato per le piastrelle ceramiche, nel settore dei sanitari la denominazione "grès porcellanato" corrisponda a un prodotto poroso.

Tutti gli articoli sanitari sono prodotti smaltati in monocottura.

Fabbricazione

Materie prime per il supporto. La composizione dell'impasto è

eventualmente colorante.- Nel grès porcellanato, prima dello smalto si applica uno strato di ancoraggio e copertura (ingobbio),in modo da ricoprire più efficacemente la massa porosa e di colore biancastro del supporto.Cottura. In forni a tunnel.

RefrattariClassificazione e applicazioniI refrattari vengono usualmente definiti come materiali da costruzione atti a resistere e sopportaredeterminate sollecitazioni meccaniche a temperatura superiore a 1500°C. Si distinguono in:- Ordinari. Formati da grani agglomerati da un legante ceramico o chimico; sono in generalerelativamente porosi.- Speciali. Prodotti sinterizzati o elettrofusi, dotati di alta densità e di porosità quasi nulla.

FabbricazioneRefrattari silicei. Come materie prime si utilizzano rocce quarzitiche prive di carbonati e lavate dalle traccedi argilla, allo scopo di eliminare la presenza di allumina, che deve essere inferiore all'1,5%. L'impastoviene preparato mediante macinazione a secco,

E viene additivato con sostanza a funzione legante emineralizzante, allo scopo di favorire le trasformazioni allotropiche della silice. Il contenuto d'acqua viene regolato su livelli del 5-9%. La formatura viene effettuata per pressatura con presse idrauliche. Dopo essiccamento, i prodotti vengono sottoposti a cottura a 1450°C. Come è noto, le trasformazioni allotropiche della silice sono accompagnate da variazioni dimensionali. Per questo motivo i refrattari silicei, dotati peraltro di una buona resistenza pirometrica (refrattarietà: 1730°C), possiedono una scarsa resistenza agli sbalzi termici. Di conseguenza, sia in cottura che in esercizio, debbono essere riscaldati e raffreddati piuttosto lentamente.

Refrattari silico-alluminosi. Gli impasti sono miscele di argille caolinitiche pure e ben cristallizzate, argille caolinitiche plastiche tipo "ball-clays", chamotte, e vengono preparati o come polveri con contenuto d'acqua intorno al 5-7%, per

La formatura mediante pressatura, o come paste, con contenuto d'acqua.