La fase che segue la formatura è quella dell essiccazione, necessaria per rimuovere i liquidi presenti nel verde. Il processo è assai delicato sia

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Franco Cipriani
4 anni fa
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1 La fase che segue la formatura è quella dell essiccazione, necessaria per rimuovere i liquidi presenti nel verde. Il processo è assai delicato sia dal punto di vista fisico (il liquido deve passare lentamente in fase vapore altrimenti l aumento di volume causato dal passaggio in fase gassosa provoca rottura nel verde; contemporaneamente le polveri devono avvicinarsi tra loro) che da quello energetico (l evaporazione è un fenomeno energeticamente molto dispendioso). La velocità di essiccazione segue in genere un andamento come in figura; inizialmente è costante, poi decresce. Tale comportamento è dovuto: 1) alla minor quantità di liquido residua che devo asportare; 2) alla diminuzione della tensione di vapore del liquido. 1

La tensione superficiale gioca un ruolo fondamentale nell evaporazione e nella sinterizzazione. La presenza di una curvatura è causa di una differenza di pressione (legge di Laplace).

2 La tensione superficiale gioca un ruolo fondamentale nell evaporazione e nella sinterizzazione. La presenza di una curvatura è causa di una differenza di pressione (legge di Laplace). Caso particolare è quello definito dalla legge di Kelvin: la tensione di vapore sulla superficie di un liquido dipende dalla curvatura della stessa; la tensione di vapore su una superficie concava è inferiore rispetto a quella su una superficie convessa. Di conseguenza il processo di evaporazione è più lento da una superficie concava. 2

3 La velocità di evaporazione dipende dalla differenza tra tensione di vapore e pressione parziale del liquido nell aria. Mano a mano che il processo avanza il raggio di curvatura della fase liquida (dei pori) diminuisce e così pure la tensione di vapore. Di conseguenza è necessario mantenere bassa anche la pressione parziale del liquido. Per questo motivo si una in genere un processo di essiccazione in controcorrente. Il pezzo in entrata incontra aria fredda e umida che provoca per i primi istanti un evaporazione graduale. Spostandosi viene poi a contatto con aria sempre più secca che ne mantiene la velocità di evaporazione praticamente costante. La velocità di essiccazione dipende anche dalla stabilità dell impasto: una sospensione deflocculata essicca molto più velocemente di una flocculata a causa della maggiore omogeneità nelle dimensioni dei pori. 3

4 Durante l essiccazione si osserva un ritiro del pezzo fino al raggiungimento del punto di Bigot o critical moisture content. Contemporaneamente l oggetto passa da una consistenza plastica ad una fragile, risultando facilmente fessurabile. Un essiccazione non uniforme può portare a deformazioni o rotture nel verde. Lo stesso accade quando il verde non è uniforme dal punto di vista della distribuzione delle polveri al suo interno. 4

5 La cottura comprende una serie di processi che portano il verde essiccato al pezzo sinterizzato. I processi di presinterizzazione comprendono: 1. La termolisi dei composti organici (binder, lubrificante, deflocculante, plasticizzante, ecc) presenti nel verde e non eliminati in essiccazione. Tale fase è critica quanto l essiccazione, in quanto si ha l evoluzione di gas (prodotto di reazione della combustione o termodistruzione delle sostenze organiche). Essa avviene tra i 200 C e i 500 C e la velocità di riscaldamento rappresenta il parametro più importante. 5

6 Le temperature di processo e le velocità di riscaldamento possono essere decise sulla base di prove termogravimetriche e dilatometriche. In pratica vanno individuate le temperature alle quali i fenomeni degradativi compaiono. In tali zone la velocità di riscaldamento deve essere mantenuta inferiore a 1 C/min per consentire al componente di assorbire le deformazioni e smaltire i gas. 6

7 2. La decomposizione dei composti inorganici e formazione della struttura dei ceramici tradizionali Idrati, carbonati e solfati decompongono a varie temperature evolvendo gas; valgono le stesse considerazioni fatte per la termolisi. Fra gli idrati (o idrossidi) solo il talco (silicato di magnesio idrato) decompone a circa 1000 C. Un sistema tipico e molto studiato è quello relativo al caolino (o più ingenerale alle argille): si ha innanzitutto evoluzione di acqua e formazione di metacaolino e quindi formazione di mullite e silice. Quest ultima reazione avviene per iniziale formazione di fase vetro (silice più impurezze quali ossidi alcalini, alcalino-terrosi) e precipitazione della mullite. 7

8 Gli esempi proposti evidenziano il comportamento termico di due argille, una magra (ovvero povera in minerali caolinitici) e una grassa. Gli aggettivi magra e grassa si riferiscono al comportamento plastico mostrato dalle argille una volta impastate con acqua e al successivo ritiro in essiccazione, entrambi elevati per le argilla grasse. 8

9 In questo caso è mostrata l evoluzione di un impasto per porcellana. La nefelina syenite è un alluminosilicato di sodio e potassio, costituita da nefelina (silicoalluminato di sodio) e microclino (silicoalluminato di potassio). 9

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