COMPORTAMENTO TECNOLOGICO DEGLI IMPASTI PER GRANDI FORMATI: REOLOGIA DELLE POLVERI, COMPATTAZIONE, SINTERIZZAZIONE E TENSIONI RESIDUE

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1 INNOVAZIONE DI PROCESSO PER LA FILIERA DELLA PIASTRELLA CERAMICA SOSTENIBILE COMPORTAMENTO TECNOLOGICO DEGLI IMPASTI PER GRANDI FORMATI: REOLOGIA DELLE POLVERI, COMPATTAZIONE, SINTERIZZAZIONE E TENSIONI RESIDUE Michele Dondi Guia Guarini Chiara Zanelli Roberto Soldati Confindustria Ceramica, Sassuolo 22/02/2017

2 Obiettivi IPERCER 2

3 Rationale Materie prime Macinazione Densità apparente (g/cm 3 ) Atomizzazione Formatura deposizione compattazione Essiccamento Smaltatura Decorazione Cottura sinterizzazione raffreddamento Pressione (N/mm 2 ) Temperatura ( C) IPERCER 3

4 Organizzazione CCBO CIRI EC ISTEC SACMI PANARIA Futuro in Ricerca GIGACER IPERCER 4

5 Caratteristiche degli atomizzati Curva granulometrica Distribuzione di umidità in funzione della granulometria Struttura interna dei granuli Morfologia e distribuzione di forma in funzione della granulometria IPERCER 5

6 Forma degli agglomerati FORMA IDEALE DIMERI CACIOTTE POPCORN ROTTI IPERCER 6

7 Reologia delle polveri SCORREVOLEZZA DELL ATOMIZZATO Angolo di riposo imbuto (ugello 25 mm ) Flusso di massa (attraverso un orifizio) tazza Ford 4, 6, 8 mm diametro Densità delle polveri - versata (poured density) molte modalità - battuta (tap density) ISO CORRELARE LA SCORREVOLEZZA CON <<< CARATTERISTICHE DELL ATOMIZZATO COMPORTAMENTO IN PRESSATURA >>> IPERCER 7

8 Angolo di riposo statico IPERCER 8

9 Angolo di riposo dinamico critico equilibrio critico equilibrio IPERCER 9

10 Compattazione Curve di compattazione Resistenza meccanica del granulo di atomizzato Densità apparente (g/cm 3 ) Compressibilità Espansione post pressatura Curve pressione-porosità 1.2 CORRELARE LA COMPRESSIBILITÀ CON <<< CARATTERISTICHE DELL ATOMIZZATO COMPORTAMENTO IN COTTURA >>> Pressione (N/mm 2 ) IPERCER 10

11 Compressibilità delle polveri Porosità intragranulare (%) P1+P2 P Porosità intergranulare (%) IPERCER 11 Pressione, MPa

12 Sinterizzazione Curve di densificazione Evoluzione della composizione di fase Piroplasticità Porosità chiusa Proprietà fase vetrosa Densità apparente, g cm -3 modello di Mackenzie 3 dr/dt = (1 ) 2a modello di Frenkel 9 4 r dv/v 0 = t 0 0 massima densità apparente sovracottura massima densità in verde inizio del flusso viscoso 1050 C Temperatura, C CORRELARE LA SINTERIZZAZIONE CON <<< CARATTERISTICHE DEL COMPATTO CRUDO DEFORMAZIONI E TENSIONI RESIDUE >>> IPERCER 12

13 Piroplasticità IPERCER 13

14 Fase vetrosa Composizione chimica Viscosità e tensione superficiale ad alta temperatura Temperatura di transizione vetrosa T g Coefficiente di dilatazione termica IPERCER 14

15 Raffreddamento T interno/esterno DT~200 C ~700 C transizione vetrosa Tg 573 C transizione quarzo Modulo elastico T<20 C IPERCER 15

16 Tensioni residue disomogeneità microstrutturale 1 µm gradiente termico interno al pezzo raffreddamento rapidissimo: esterno «rigido» quando interno ancora «molle» sezione disomogeneità mesostrutturale lastra Proprietà termoelastiche delle fasi cristalline e vetrose dell impasto T g e differenze di temperatura fra interno e superficie della piastrella durante il raffreddamento rapido Distribuzione di densità nel crudo e curva termica nei diversi punti (superficie e spessore) IPERCER 16

17 Tensioni macroscopiche Indagato abbastanza estesamente per la transizione di fase del quarzo. Meno conosciuti sono i possibili fenomeni di «tempra» e «tensionamento» La transizione di fase del vetro risente fortemente del gradiente di raffreddamento: più la cinetica è rapida e maggiore sarà il volume finale della fase vetrosa es. superficie T ~800 C interno T ~1000 C ritiro differente e compressione dello strato esterno T ambiente: volume differente della fase vetrosa maggiore all esterno = trazione dello strato esterno IPERCER 17

18 Grazie per l attenzione! Descrizione dettagliata e modellazione fenomenologica dei processi di deposizione delle polveri atomizzate e loro compattazione con particolare riguardo alle grandi lastre ceramiche Reologia delle polveri e compattazione dell atomizzato Bibliografia commentata Comportamento dell atomizzato durante deposizione e compattazione Modello fenomenologico Descrizione dettagliata e quantitativa dei processi attivi durante la cottura e loro modellazione fenomenologica con particolare riguardo agli effetti sulle deformazioni e le tensioni residue delle lastre ceramiche Deformazioni in cottura del gres porcellanato Bibliografia commentata Comportamento in cottura delle grandi lastre in gres porcellanato Modello fenomenologico IPERCER 18

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