Si intende per materiali ceramici l’insieme dei materiali inorganici non metallici, i quali presentano un vastissimo campo di applicazione: dall’edilizia e l’uso domestico fino all’impiego industriale. I materiali ceramici sono ottenuti a partire da materie argillose e prevedono un lungo processo produttivo suddiviso in numerosi passaggi intermedi. Il primo impiego della ceramica risale a migliaia di anni fa, infatti le prime testimonianze di oggetti ceramici sono risalenti al Neolitico, intorno al 10.000 a.C, periodo in cui le prime comunità umane impararono a modellare e cuocere argilla per creare recipienti per l’immagazzinamento e la cottura del cibo. Questi primi manufatti erano spesso rudimentali ma segnarono l’inizio di una tradizione ceramica che si sarebbe evoluta nel corso dei secoli, dando vita a tecniche sempre più sofisticate e a materiali con proprietà sempre più performanti. La ceramica, quindi, ha accompagnato l’uomo fin dalle sue origini, diventando parte integrante della sua storia e della sua cultura.
Cosa sono i materiali ceramici: definizione e caratteristiche fondamentali
Si intende per materiali ceramici l’insieme dei materiali inorganici non metallici, i quali presentano un vastissimo campo di applicazione. Questi materiali, ottenuti a partire da materie argillose e attraverso un lungo processo produttivo, si distinguono per la loro elevata resistenza al calore, alla corrosione e all’usura, nonché per la loro inerzia chimica e la loro stabilità dimensionale. Le loro caratteristiche li rendono adatti a molteplici applicazioni, dall’edilizia all’industria, dall’arte all’artigianato.
Materie prime dei materiali ceramici: argilla e altri componenti essenziali
Le materie prime di un materiale ceramico si classificano in fondamentali, secondarie e complementari. La materia prima fondamentale dei materiali ceramici è sicuramente l’argilla, chimicamente caratterizzata da una struttura lamellare stratificata che conferisce essa l’importantissima proprietà della plasticità, responsabile dell’alta lavorabilità e malleabilità della stessa quando questa viene impastata con acqua; l’acqua, infatti, si infiltra tra le lamelle dell’argilla permettendo lo scorrimento reciproco degli strati che la formano dando vita ad una massa modellabile. La composizione chimica dell’argilla varia a seconda della sua origine e del tipo di minerali che la compongono, ma i principali costituenti sono la silice (SiO2), l’allumina (Al2O3) e l’acqua (H2O).
L’argilla: la materia prima fondamentale e la sua plasticità
Le argille vengono per questo motivo classificate in base alla percentuale di acqua in esse presenti: le argille secche presentano una percentuale di idratazione inferiore al 7%, quelle plastiche presentano una percentuale di idratazione compresa tra il 7% e il 30% e invece quelle acquose, dette barbottine, possiedono una percentuale di idratazione superiore al 30%. La plasticità dell’argilla è una proprietà fondamentale per la produzione di manufatti ceramici, in quanto consente di modellare il materiale con facilità e di ottenere forme complesse e dettagliate. Senza la plasticità dell’argilla, la produzione di ceramica sarebbe impossibile.
Smagranti e fondenti: componenti secondari per la lavorabilità e la resistenza
Tra le materie secondarie dei materiali ceramici si evidenziano gli smagranti e i fondenti. Gli smagranti, tra cui spicca la sabbia di silice, hanno la funzione di ridurre la plasticità dell’argilla e limitare il ritiro durante la cottura. La presenza di smagranti nella composizione della ceramica è essenziale per controllare il comportamento del materiale durante la cottura e per evitare deformazioni o rotture.
Vetrine e smalti: materiali complementari per estetica e impermeabilizzazione
La riduzione della plasticità avviene grazie alla granulometria e alla forma delle particelle della sabbia che diminuiscono l’assorbimento di acqua da parte della massa argillosa, mentre la diminuzione del ritiro è dovuto alla stabilità dimensionale della sabbia che crea una vera e propria ossatura. In fine tra i materiali complementari abbiamo vetrine e smalti, che hanno sia scopo ornamentale sia impermeabilizzante. Le vetrine e gli smalti, applicati sulla superficie del manufatto ceramico, conferiscono al prodotto un aspetto estetico gradevole e proteggono il materiale dall’usura e dagli agenti atmosferici.
Il processo di produzione dei materiali ceramici: dalla formatura alla cottura
Il processo di produzione dei materiali ceramici è un’arte antica che si tramanda da secoli. Ogni fase del processo, dalla scelta delle materie prime alla cottura finale, è fondamentale per ottenere un prodotto di qualità con le caratteristiche desiderate. La cura e l’attenzione ai dettagli sono elementi imprescindibili per la produzione di ceramiche di pregio.
La formatura: dare forma al materiale ceramico
Il primo passaggio del processo di produzione dei materiali ceramici è la formatura, atta a conferire la forma desiderata al manufatto. La formatura può essere eseguita a mano tramite l’impiego del tornio, per colaggio, per stampaggio, e per pressione uniassiale o isotattica. La scelta del metodo di formatura dipende dal tipo di materiale ceramico, dalla forma del manufatto e dalle esigenze produttive.
L’essiccazione: rimuovere l’acqua per evitare fratture
Successivamente alla formatura il manufatto entra nello step dell’essiccazione, al fine di abbassare la percentuale di acqua fino al 2-3% prima del passaggio della cottura, con lo scopo di evitare l’improvvisa evaporazione dell’acqua all’interno del forno che causerebbe un’eccessiva variazione volumetrica con conseguente frattura del manufatto.
L’essiccazione dei materiali ceramici: un processo delicato e fondamentale
L’essiccazione dei materiali ceramici è a sua volta suddivisa in due sottopassaggi: una prima fase avviene in una cella climatica per favorire la diffusione dell’acqua dall’interno del pezzo verso la superficie mentre in una seconda fase per riscaldamento si ha l’evaporazione dell’acqua dalla superficie del manufatto. L’essiccazione è un processo delicato che richiede un controllo preciso della temperatura e dell’umidità per evitare deformazioni o rotture del manufatto.
La cottura: conferire resistenza meccanica e chimica
La cottura infine conferisce al manufatto resistenza meccanica e chimica ed è seguita dalla vetrinatura ed eventualmente verniciatura in base all’impiego finale del prodotto. La temperatura di cottura varia a seconda del tipo di materiale ceramico e può raggiungere anche i 1400°C. Durante la cottura, il materiale subisce trasformazioni chimiche e fisiche che ne determinano le proprietà finali.
Applicazioni dei materiali ceramici: dall’edilizia all’industria e oltre
I materiali ceramici trovano impiego in un’ampia gamma di settori, grazie alle loro proprietà uniche. Dall’edilizia all’industria, dall’arte all’artigianato, i materiali ceramici sono presenti nella nostra vita quotidiana in molteplici forme e applicazioni. La loro versatilità e le loro prestazioni elevate li rendono indispensabili in molti settori industriali.
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