MATERIALI CERAMICI. Problematiche specifiche dei materiali ceramici:

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1 MATERIALI CERAMICI Problematiche specifiche dei materiali ceramici: Difficoltà nel fabbricare ceramici di forma complessa a costi bassi; Rifiniture difficili a cause della durezza e fragilità; Caratteristiche meccaniche non sempre prevedibili con esattezza. I problemi sono perciò soprattutto tecnologici. 14/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez. 14 1

2 CICLO TECNOLOGICO DI LAVORAZIONE DEI MATERIALI CERAMICI Molto diverso da quello dei metalli: Preparazione del precursore a base di polveri Formatura delle polveri Trattamento termico (cottura) di densificazionee sinterizzazione. 14/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez. 14 2

3 FORMATURA Dare all aggregato di polveri una forma prossima a quella definitiva prima della cottura: Pressatura: A freddo, uniassiale e isostatica; A caldo, uniassiale e isostatica; Colaggio Estrusione Prodotti ceramici argillosi 14/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez. 14 3

4 COLAGGIO Preparazione della sospensione delle polveri in un liquido (acqua): barbottina Versamento in uno stampo poroso (gesso emidrato) Formazione dello strato di materiale, per migrazione di solvente, variabile in funzione della durata Rimozione eccesso di sospensione Essiccamento 14/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez. 14 4

5 COLAGGIO Si possono formare oggetti cavi con geometrie anche molto complicate (articoli sanitari, tubi ceramici, ) 14/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez. 14 5

6 ESTRUSIONE Estrusione di un impasto plastico ottenuto miscelando il materiale ceramico con acqua ed argilla mediante vite senza fine contro una matrice di formatura. Adatto per oggetti a sezione trasversale semplice (mattoni, laterizi forati, piastrelle, ecc.) 14/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez. 14 6

7 ESTRUSIONE 14/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez. 14 7

8 PRESSATURA Uniassiale: compattazione delle polveri immesse in un apposito stampo per applicazione di pressione da un mezzo esterno lungo una singola direzione; Isostatica: l applicazione della pressione avviene in modo uniforme lungo tutte le direzioni (lo stampo di materiale opportuno è immerso in un mezzo fluido ad alta pressione) Durante la compattazione può aver luogo la simultanea cottura e si parla di pressatura a caldo 14/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez. 14 8

9 PRESSATURA Pressatura uniassiale Automazione del processo Forme complicate Gradienti di pressione Pressatura isostatica Forme non eccessivamente complicate Gradienti di pressione nulli 14/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez. 14 9

10 COTTURA DEL CERAMICO Parte essenziale di ogni lavorazione di prodotti ceramici: Essiccamento (rimozione dell acqua presente) Sinterizzazione 14/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez

11 ESSICCAMENTO Essenziale per prodotti formati per colaggio o estrusione. Problematiche legate all essiccamento di prodotti argillosi 14/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez

12 SINTERIZZAZIONE Aggregato di polveri da consolidare. Trattamento termico finale per ottenere un compatto monolitico dotato di resistenza meccanica (sinterizzazione). Presenza eventuale di fase liquida 14/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez

13 ASPETTI SPERIMENTALI Lo studio della sinterizzazione è fatto mediante termodilatometria 14/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez

14 SINTERIZZAZIONE La sinterizzazione è un processo spontaneoavente come forza spingente la riduzione di energia libera superficiale. 14/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez

15 ESEMPIO DI CALCOLO DI FORZA SPINGENTE Materiale in polvere avente Raggio di 1 µm caratteristiche: Volume molare 25 cm 3 /mol γ di 1 J/m 2 14/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez

16 Riduzione di energia superficiale in un aggregato di polveri. Coarseninge densificazione: processi competitivi. L obiettivo è la densificazione SINTERIZZAZIONE 14/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez

17 ANGOLO DIEDRO Condizione necessaria per la densificazione. Angolo diedro γ γ gb gb < = 2γ 2γ SV SV φ cos 2 γ gb < 2γ SV φ Negli ossidi γ gb γ SV φ /11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez

18 Se γ gb costante tutti gli angoli di 120 (piano): tutti esagoni Nello spazio non c è un analogo poliedro regolare: figura più vicina è l ottaedro troncato (tetrakaidecaedro) ANGOLO DIEDRO Distribuzione degli angoli diedri 14/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez

19 SINTERIZZAZIONE Una sinterizzazione ottimale deve: Produrre grani cristallini piccoli; Ridurre la porosità al minimo possibile; Evitare assolutamente pori grandi (uno solo basta per ridurre la resistenza meccanica in modo marcato); Risultati ottimali con polveri di partenza costituite da particelle non agglomerate, di forma regolare, di dimensioni fini e uniformi (idealmente sfere identiche). 14/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez

20 EFFETTO DELLA AGGLOMERAZIONE 14/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez