I.I.S.S E. Mattei Rosignano Solvay

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1 I.I.S.S E. Mattei Rosignano Solvay Prodotti ceramici Si dicono prodotti ceramici quelli ottenuti da impasti di argille, acqua ed eventuali additivi, essiccati e cotti a temperature adeguate, in modo che non possano più riprendere la loro plasticità. I prodotti ceramici possono assumere aspetto e caratteristiche diversi a seconda: della qualità delle argille; della presenza di additivi nell'impasto; della temperatura e della modalità di cottura; degli eventuali trattamenti superficiali. I prodotti ceramici si possono suddividere in due tipi: a pasta porosa e a pasta compatta. Tipi di prodotti ceramici Prodotti ceramici a pasta porosa I prodotti ceramici a pasta porosa sono quelli che acquisiscono una porosità più o meno accentuata, in relazione al tipo di cottura. Sono prodotti ceramici a pasta porosa: laterizi cotto maioliche terraglia cottoforte. Prodotti ceramici a pasta compatta [modifica] I prodotti ceramici a pasta compatta sono quelli che presentano bassissima porosità e buone doti di impermeabilità per effetto della saldatura delle particelle, ottenuta elevando la temperatura di cottura al punto di greificazione. Sono prodotti ceramici a pasta compatta: grès rosso clinker grès porcellanato porcellane monocottura. Prof. Luciano Cervelli

2 Ciclo di fabbricazione dei prodotti ceramici Escavazione dell'argilla L'argilla viene prelevata da giacimenti superficiali (cave) o poco profondi, per mezzo di pole caricatrici, ruspe autocaricanti, ecc. e lasciata a lungo esposta agli agenti atmosferici in modo da favorirne la disgregazione e aumentarne la finezza e la plasticità. Preparazione dell'argilla La preparazione dell'argilla consiste nel trasformarla in un impasto omogeneo ed opportunamente dosato, allontanando le impurità indesiderate, mediante speciali macchine completamente meccanizzate e collegate tra loro con nastri trasportatori. Foggiatura Con la foggiatura o formatura si riduce il materiale grezzo nella forma desiderata, prima di consolidarlo definitivamente (e in modo irreversibile) con le lavorazioni successive. I principali sistemi di foggiatura sono l'estrusione, la pressatura e il colaggio. Estrusione Nell'estrusione (o trafilatura), l'impasto di argilla, contenente una percenuale d'acqua tra il 15 e il 20%, viene compresso attraverso un'apertura a profilo prestabilito, detta filiera, ottenendo un filone di argilla della stessa sezione del manufatto da produrre. Il filone viene quindi tagliato in pezzi della lunghezza voluta da una tagliatrice a coltelli o a filo di acciaio. Si producono in questo modo la maggior parte dei mattoni pieni, i mattoni semipieni e forati, i blocchi forati per solai, le tavelle e i tavelloni. Pressatura in stampi Nella pressatura in stampi, l'impasto argilloso (con contenuto d'acqua del 5 7%) viene costipato da particolari presse entro apposite forme, esercitando pressioni in grado di compattare il materiale, espellendo l'aria dalla massa e deformandone i grani. Questa è la lavorazione tipica delle piastrelle, ma viene anche utilizzata per le tegole. Colaggio Il colaggio in stampi è impiegato per produrre ceramici di forma irregolare e molto complessa, come gli apparecchi igienico-sanitari. Essiccamento] Per evitare fessurazioni e deformazioni per effetto della rapida evaporazione durante la cottura, prima di essere messi nel forno gli elementi vengono essiccati, in modo da ridurre al minimo la quantità di acqua contenuta. A seconda del materiale da trattare si utilizzano essiccatoi statici (a camere), continui (a tunnel), oppure di tipo "rapido" (a rulli). Prof. Luciano Cervelli 2

3 Cottura Durante la cottura, in genere eseguita in forni a tunnel, l'argilla perde la sua plasticità e subisce profonde trasformazioni fisico-chimiche, attraverso le quali raggiunge le sue caratteristiche finali. La temperatura di cottura varia, a seconda dei prodotti, da 900 a 1050 C per i laterizi, e da 950 a 1400 C per tutti gli altri prodotti ceramici. I laterizi e le piastrelle non smaltate, che richiedono una sola cottura, concludono qui il loro ciclo di produzione. I prodotti smaltati possono invece essere fabbricati con due processi tecnologici diversi: biocottura e monocottura. Bicottura La bicottura, di cui la cottura sopra descritta costituisce la prima fase, detta cottura del supporto (biscotto), è seguita dalla smaltatura e da un'ulteriore cottura che serve a fondere e fissare lo smalto o la vetrina al supporto. Monocottura Nella monocottura (che dà il nome anche ai prodotti) la smaltatura avviene sul supporto essiccato. Segue un'unica cottura che produce contemporaneamente la trasformazione fisicochimica del supporto e la fusione e il fissaggio dello smalto o della vetrina. Smaltatura e decorazione] La smaltatura del pezzo già cotto,viene chiamata biscottatura,, se viene cotto 1 sola volta, il suo risultato,prende il nome di smalto, se è opaca, e di vetrina, se è trasparente. L'operazione viene effettuata con macchine completamente automatizzate o a mano per prodotti più pregiati. Cottura dello smalto La cottura dello smalto avviene in forni che portano alla fusione dello strato di rivestimento (e anche del supporto quando si tratta di monocottura), provocando la completa adesione dello smalto o della vetrina al supporto. Selezione dei prodotti Alla fine del processo di lavorazione, i prodotti ceramici (soprattutto le piastrelle e gli apparecchi sanitari) vengono selezionati e suddivisi in varie scelte, in base alla presenza o meno di determinati difetti. Prof. Luciano Cervelli 3

4 Prodotti ceramici Per CERAMICA si intende un materiale inorganico, non metallico, ottenuto da materie prime minerali, foggiato a freddo e consolidato in modo irreversibile mediante cottura. La materia prima più importante è l argilla; un materiale di deposito sedimentario a grana finissima, plastico, costituito da una mescolanza di minerali delle argille (fillosilicati come illite, montmorillonite, ecc.) con quarzo, feldspati, carbonati e miche. Deriva dall'alterazione chimico-fisica delle rocce silicatiche. In Italia le argille utilizzate come materia prima sono cavate nei depositi ferrettizzati delle pianure, in particolare quella padana. Si parla di adòbe se l argilla è formata in stampi e cotta al sole, di pisé se posta in cassaforma e pressata, di argilla cotta (prodotto ceramico) se cotta in fornace. I prodotti ceramici si dividono in: - a pasta porosa: ordinaria: terrecotte (terracotta e laterizi) e refrattari fine: faenze (maioliche,monocotture e cottoforte) e terraglie -a pasta compatta (vetrificata) ordinaria: grès (rosso, bianco, porcellanato) fine: porcellana e vitreus china La compattezza dipende da temperatura di cottura, durata della cottura,composizione d impasto (additivi) e metodo d impasto (molle o pressato). La compattezza impartisce impermeabilità, resistenza all usura eresistenza meccanica ma anche fragilità. Il colore dei materiali ceramici è influenzato da: composizione dell argilla (giallo ocra con poca percentuale di composti di ferro e manganese rosso bruno, se accade il contrario) tempo di cottura temperatura di cottura percentuale di ossigeno I mattoni sono albasi se poco cotti, mezzani se cotti ottimamente, ferrioli se troppo cotti. Definizioni La commissione Beni Culturali-NORMAL ha pubblicato, nel 1998, la Norma UNI riguardante i termini e le definizioni relativi ai materiali ceramici ed alle tecnologie connesse alla loro preparazione. Impasto Porzione strutturale di un manufatto ceramico; oppure miscela di argille, ed eventualmente materiali non plastici, idonea ad essere lavorata per l'ottenimento di un prodotto ceramico. L impasto si definisce semplice se costituito da una sola argilla, composto se costituito da più materie prime. L impasto può essere allo stato secco, plastico o fluido (barbottina), in funzione della tecnica di foggiatura adottata. Prof. Luciano Cervelli 4

5 L impasto è costituito in modo che i suoi componenti sviluppino tutte le funzioni richieste dal processo di lavorazione ceramica, in crudo e durante la cottura. In crudo, i minerali argillosi sviluppano l'azione legante, mentre tutti gli altri componenti minerali (quarzo, feldspati, carbonati) e la chamotte diminuiscono la plasticità e fungono da scheletro. L'azione legante in cotto è sviluppata ancora dai minerali argillosi, eventualmente insieme ai carbonati e, negli impasti dove si sviluppa una fase fusa, ai feldspati. La funzione di scheletro, durante la cottura, è sviluppata dai componenti meno reattivi, generalmente costituiti da quarzo e chamotte. La stessa funzione è sviluppata anche dai feldspati nel caso di cotture al di sotto di circa 1000 C, e i carbonati per temperature inferiori a circa 750 C. Infine, nei materiali cotti alle più alte temperature e ricchi di fase vetrosa, lo scheletro è rappresentato anche dalle fasi cristalline di neo-formazione come la mullite. Plasticità Caratteristica degli impasti che consiste nella possibilità di essere deformarti, in crudo, senza rompersi e mantenendo la forma acquisita anche dopo l'eliminazione della sollecitazione meccanica che ha provocato la deformazione. I minerali argillosi, in presenza di adeguata quantità d'acqua, sono i componenti maggiormente in grado di impartire plasticità. Scheletro Componente di un impasto ceramico scarsamente reattivo durante la cottura. Materiali tipici che costituiscono lo scheletro sono: quarzo, feldspati, miche, chamotte. Lo scheletro rappresenta la frazione più grossolana dell'impasto e comprende la frazione detritica dell'argilla e l'eventuale sgrassante aggiunto, non comprende invece eventuali noduli argillosi (argillaceous rock fragments ARF, bonherz). Sgrassante Materia prima o componente mineralogico degli impasti che ha la funzione di diminuire la plasticità. Tutti i minerali non argillosi e le materie prime povere di componente argillosa sono adatti a svolgere questa funzione. Gli sgrassanti più comuni sono rappresentati da sabbie ricche di quarzo e da chamotte. Foggiatura Insieme delle operazioni necessarie a dar forma all'oggetto. L impasto da foggiare può trovarsi allo stato secco, plastico o di sospensione acquosa. La forma può essere data direttamente dalle mani del foggiatore (modellazione plastica) o essere ottenuta con l ausilio di stampi (stampatura, colaggio, pressatura), sagome (calibri, filiere) o strumenti in genere. Alcuni tipi di foggiatura richiedono l ausilio di apposite macchine (tornio, pressa, trafila). Il raggiungimento della forma desiderata può richiedere la realizzazione separata di singole parti (es. colombini, lastre) e il loro successivo assemblaggio. Sono anche possibili tecniche miste come ad esempio la foggiatura a stampo su ruota. Tornio Macchina utilizzata per la foggiatura di una massa plastica alla quale imprime un movimento di rotazione. Esistono due tipi di tornio: semplice e composito. Il tornio semplice è un disco che può ruotare, infulcrato centralmente, messo in movimento dal vasaio stesso o da un aiutante. La ruota può presentare una cavità al centro della sua faccia inferiore e ruotare su un perno fisso oppure il perno può sporgere dalla faccia inferiore della ruota stessa e girare in una sede Prof. Luciano Cervelli 5

6 fissa. Nel tornio composito il movimento rotatorio viene trasmesso al disco su cui si foggia (girella) da un altro dispositivo, generalmente costituito da un altro disco coassiale, situato inferiormente e messo in rotazione a piede. Essicamento Processo di rimozione, per evaporazione, dell acqua non combinata da una materia prima ceramica o da un prodotto ceramico. Si dice naturale se avviene per semplice evaporazione all'aria e forzato se condotto per mezzo di un riscaldamento a bassa temperatura. Ritiro Diminuzione delle dimensioni che l oggetto foggiato subisce durante le fasi di lavorazione successive. Si può distinguere tra il ritiro in essiccamento (o in crudo), conseguente all'allontanamento dell'acqua di lavorazione, e il ritiro in cotto, conseguente alle trasformazioni avvenute durante la cottura. Cottura Trattamento termico che provoca trasformazioni chimico-fisiche irreversibili, necessarie ad ottenere i requisiti estetici e di resistenza meccanica e chimica desiderati, sia per quanto riguarda l'impasto che, eventualmente, rivestimenti e decorazioni. Se mediante un'unica cottura si raggiunge il consolidamento di impasto e rivestimento si parla di monocottura; quando l'impasto è sottoposto a una prima cottura, a cui segue l'applicazione di un rivestimento e quindi una seconda cottura si parla di bicottura. La cottura può essere effettuata a cielo aperto o all'interno di una struttura chiusa, fissa o temporanea (forno). L atmosfera di cottura è la miscela di gas e fumi che circondano i prodotti durante la cottura. È ossidante se la presenza di ossigeno in eccesso determina un'azione ossidante nei confronti del materiale durante la cottura. In particolare favorisce la formazione di ossido ferrico di colore rosso. È riducente se si determina la riduzione dei composti ossidati presenti nei materiali in cottura. Un'atmosfera riducente contiene in genere ossido di carbonio, carbone (sotto forma di fumo), idrogeno e anidride solforosa. In particolare favorisce la formazione di ossido ferroso di colore nerastro. Rivestimento Sottile strato di materiale che ricopre l'impasto. Può essere di natura vetrosa (VETRINA, SMALTO) o avere caratteristiche simili agli impasti ceramici (INGOBBIO, PATINA) oppure essere a freddo. Componenti fondamentali dei rivestimenti vetrosi sono: la silice, indispensabile per ottenere un vetro, i fondenti (es: composti del piombo o dei metalli alcalini) e gli stabilizzanti (es: composti degli alcalino terrosi e allumina). Possono essere aggiunte anche sostanze coloranti e/o opacificanti. L applicazione del rivestimento può avvenire sull'oggetto ancora crudo, parzialmente essiccato, o durante la cottura (salatura), o sul cotto, sia poroso che compatto. Il materiale di rivestimento può essere applicato per spolveramento, allo stato secco, o allo stato di sospensione acquosa per aspersione, immersione, pennellatura o spruzzatura. Talvolta vengono applicate sulla superficie solo delle sostanze fondenti che reagiscono in cottura con l'impasto, portando alla formazione di un rivestimento vetroso. La vetrina è un rivestimento vetroso trasparente, incolore o colorato. Può essere applicata direttamente sull'impasto o su ingobbio o su smalto. Prof. Luciano Cervelli 6

7 Lo smalto è un rivestimento vetroso opaco. La sua opacità è causata da una fitta sospensione di particelle aventi indice di rifrazione diverso da quello della massa vetrosa in cui sono disperse. Svolgono funzione opacizzante gli ossidi di stagno, zirconio, arsenico, antimonio, titanio. Se lo smalto presenta cristalli ben visibili a occhio nudo si definisce cristallizzato. L ingobbio è un rivestimento opaco, poroso, in genere cristallino oppure amorfo, poco o non greificato, di varia colorazione. La sua composizione può essere argillosa o silicea, conforme al tipo di impasto su cui è applicato. L ingobbio ha la funzione estetica di nascondere il colore dell'impasto, mentre per la impermeabilizzazione è necessaria l'applicazione successiva di un rivestimento vetroso. L ingobbio, applicato quando l'oggetto è allo stato di durezza cuoio, può essere lucidato e in questo caso conserva le tracce del trattamento subito. La patina è un rivestimento opaco, più o meno lucido, di spessore sottile e almeno in parte greificato. La materia prima è rappresentata dalla frazione più fine di argille illitiche, separata per sedimentazione. Decorazione Intervento a finalità estetica non influente sulla forma dell'oggetto nelle sue linee essenziali. Può attuarsi in qualunque fase del processo produttivo. Infatti già intervenendo sulla composizione di impasti e rivestimenti si possono predeterminare particolari effetti decorativi, così come l'operazione di foggiatura può portare, contemporaneamente alla realizzazione della forma, anche alla creazione di elementi ornamentali. Ma è soprattutto nelle fasi successive alla foggiatura che si apre un ampio ventaglio di possibilità decorative, intervenendo sulla superficie dell'oggetto, sia asportando materiale che applicando materiale. Quest'ultimo caso comprende molti tipi di decorazione il cui risultato finale dipende dal tipo di materiale pplicato, dallo stato e tipo di superficie su cui si interviene e dalla tecnica di applicazione adottata. Difetti dei prodotti ceramici CALCINELLO Grumo di calcite secondaria, con dimensioni dell ordine del millimetro o più, la cui formazione è dovuta alla presenza di ossido di calcio libero nel prodotto finito. La formazione di calcite determina un aumento di volume che può provocare il distacco di una scheggia del materiale che separa il grumo dalla superficie esterna e il successivo sgretolamento dello stesso grumo di calcite. L'ossido di calcio libero costituiva il residuo della decomposizione di calcite primaria, che non aveva potuto regolarmente reagire con la matrice silicatica circostante. CAVILLO Difetto del rivestimento vetroso. Si manifesta come un sistema, più o meno articolato, di esili fessure che non proseguono nel substrato. Il cavillo di origine primaria compare già durante la cottura, nella fase del raffreddamento, a causa dell'eccessiva contrazione del rivestimento rispetto all'impasto ceramico. Il cavillo di origine secondaria, detto anche tardivo, si manifesta invece a distanza di tempo dopo la fabbricazione del manufatto, per lo più a causa di una espansione del substrato conseguente ad assorbimento di umidità. Questo difetto può essere indotto volutamente per ottenere un effetto decorativo. Prof. Luciano Cervelli 7

8 Prodotti ceramici BISCOTTO Prodotto semilavorato che ha subìto una prima cottura (biscottatura) in preparazione dell applicazione del rivestimento. La temperatura di biscottatura può essere inferiore a quella della successiva cottura del rivestimento, come nella lavorazione della porcellana e del gres, oppure superiore, come in genere nella produzione della maiolica. La temperatura di biscottatura è compresa fra 850 C e 1000 C. BISCUIT Prodotto in porcellana senza rivestimento. BONE CHINA Tipologia di porcellana tenera, prodotta con un impasto che contiene almeno il 25% e fino al 50% di cenere d'ossa. Inventata in Inghilterra nella prima metà del XVIII secolo, è diffusa praticamente solo nel mondo anglosassone. CHAMOTTE Materiale ceramico privo di rivestimento vetroso, anche di scarto, appositamente macinato oppure cotto direttamente in piccola pezzatura. Viene introdotta negli impasti ceramici con funzioni di sgrassante e inerte. FAENZA Termine ormai desueto per indicare un materiale ceramico ad impasto poroso, colorato, per lo più raffinato e valorizzato dall applicazione di un rivestimento (faenze ingobbiate, faenze con vetrina e faenze smaltate). FAENZA SILICEA Prodotto ceramico a impasto poroso, bianco o colorato, a composizione prevalentemente silicea, con rivestimento vetroso ed eventualmente ingobbio siliceo sotto vetrina. GRES Tipologia ceramica a corpo compatto, cioè dotato di porosità praticamente nulla, conseguente alla presenza di una componente vetrosa in quantità dell ordine del 40-50%. Il colore può variare moltissimo, ma in ogni caso il prodotto può essere utilizzato senza o con rivestimento rappresentato da uno smalto o da una vetrina applicati in crudo o in cotto. MAIOLICA Tipologia di ceramica ad impasto poroso, colorato, raffinato ed avente quale caratteristica peculiare la presenza di uno smalto. Possono essere presenti anche uno strato di ingobbio sotto lo smalto e/o uno strato di vetrina sopra lo smalto. Quest ultima valorizza gli effetti estetici dello smalto e della decorazione sotto la vetrina. La fabbricazione della maiolica prevede almeno due cotture. La prima, denominata biscottatura, è attualmente eseguita ad una temperatura intorno ai 950 C; la seconda, destinata alla maturazione del rivestimento, è eseguita ad una temperatura leggermente inferiore (circa 920 C). Prof. Luciano Cervelli 8

9 PORCELLANA Prodotto ceramico compatto, bianco e a volte traslucido. Mentre la porosità aperta è pressoché nulla, la porosità chiusa può raggiungere anche valori del 5%. Il materiale è prevalentemente costituito da una fase vetrosa, per cui la componente cristallina (per lo più mullite) non supera il 40%. La porcellana viene usualmente suddivisa in diverse varietà sulla base di differenti criteri, fra i quali uno dei più comunemente usati è la temperatura di cottura. La porcellana dura, formata da un impasto di caolino, feldspato e quarzo (50:25:25), richiede una temperatura superiore a 1280 C, mentre la porcellana tenera (che comprende la cosiddetta bone china) si cuoce intorno ai 1200 C. La porcellana presenta per lo più un rivestimento trasparente che viene applicato in crudo o dopo una prima cottura del manufatto a C. Il prodotto precotto per la smaltatura viene denominato degourdi. I componenti del rivestimento sono 05 Materiali 7-30 gli stessi dell'impasto, ma in proporzioni tali da conferire alla miscela una maggiore fusibilità. Per favorire lo sviluppo di un maggior grado di bianco, la cottura della porcellana si effettua con un primo periodo di riscaldamento in atmosfera ossidante, una fase ad elevata temperatura in atmosfera riducente e un processo di raffreddamento in atmosfera pressochè neutra. TERRACOTTA Materiale poroso e colorato ottenuto dalla cottura di argille contenenti minerali di ferro, a livelli termici in genere al di sotto dei 1000 C. Il materiale cotto assume una colorazione rossa in presenza di un atmosfera ossidante; l'eventuale presenza di calcio e la sua reazione con il ferro fanno virare il colore verso tonalità giallastre. Un atmosfera riducente porta all'ottenimento di colorazioni grigiastre più o meno scure. TERRAGLIA Materiale ceramico poroso, fine e di colore bianco, il cui impasto è costituito da una miscela di differenti materie prime. In base alla costituzione dell'impasto, si distinguono la terraglia calcarea, detta anche tenera, e la terraglia feldspatica, detta anche forte; composizioni intermedie sono dette semiforti. L impasto per terraglia tenera è fondamentalmente costituito da un'argilla plastica,un calcare e una sabbia quarzifera ( all'incirca); la cottura avviene in due fasi: biscottatura a circa 1000 C e cottura del rivestimento a C. La terraglia forte è costituita da un impasto con la seguente costituzione: argilla 55-60%, sabbia quarzifera 25-30%, feldspato 10-15%. Durante la cottura, il feldspato genera una fase fusa che assicura resistenza meccanica all'impasto, riducendone parzialmente la porosità. I manufatti in terraglia forte sono per lo più impermeabilizzati con una vetrina applicata su biscotto. La biscottatura si effettua a circa 1250 C e la seconda cottura a C. Prof. Luciano Cervelli 9