Note: pressing = pressatura plastic forming = formatura plastica (da alle polveri la forma dell oggetto voluto) green = verde (oggetto formato che
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- Biaggio Uberto Fortunato
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1 Note: pressing = pressatura plastic forming = formatura plastica (da alle polveri la forma dell oggetto voluto) green = verde (oggetto formato che dovrà essere sinterizzato) casting = colaggio drying = essiccazione (del verde) surface finishing, coating = finitura superficiale, rivestimento 1
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3 Le materie prime possono essere costituite da: Rocce naturali (crude material) = materie prime naturali (con composizione e purezza variabile); Minerali industriali (industrial minerals) = materie prime raffinate (sottoposte ad un processo di purificazione; per via fisica - macinazione, sedimentazione, ecc. - contengono circa il 10% di impurezze); Prodotti chimici industriali (industrial inorganic chemicals) = prodotti chimici ottenuti da minerali industriali attraverso processi chimici; sostanzialmente puri. Per la produzione di ceramici avanzati si fa riferimento solo alle due ultime classi. 3
4 I minerali industriali sono ottenuti dalla roccia naturale per arricchimento ovvero attraverso processi di separazione fisica del minerale principale dalle impurezze. 4
5 Tra le materie prime per i ceramici tradizionali, le più importanti sono le argille, utilizzate sotto forma di minerali industriali. Le argille sono spesso denominate come ball clay (per ceramica tradizionale piastrelle e sanitari-), bentonite (assorbente), argilla comune (per cementi e laterizi), fire clay (più pregiata perché contiene 25-45% di allumina), terra di Fuller (assorbente), caolino (pregiato, per l industria della carta e ceramica treadizionale di elevata qualità). 5
6 L allumina, prodotto chimico industriale, è ottenuta dal minerale della bauxite per mezzo del processo Bayer. La bauxite viene trattata a C e 5 bar in una soluzione acquosa di NaOH che favorisce la solubilizzazione delle fasi ricche in allumina in idrossido di alluminio. Dal processo si ricava poi per raffreddamento e conseguente precipitazione Al(OH) 3 che a seguito di calcinazione a 1100 C produce l Al 2 O 3 (detta allumina calcinata) 6
7 Controllando le condizioni di precipitazione, eventualmente mediante lavaggi successivi del precipitato, si ottengono varie classi di allumina calcinata. 7
8 La zirconia si ottiene dal minerale dello zircone per reazione con soda (NaOH) liquida, successiva dissoluzione in acqua del prodotto e calcinazione dell idrato. In alternativa si può ottenere iniettando polvere di zircone in un plasma: questo decompone e la zirconia solidifica prima, ricoprendosi successivamente di fase vetrosa a base silice; quest ultima può essere rimossa mediante attacco con NaOH bollente 8
9 Il carburo di silicio è prodotto dal quarzo mediante il processo Acheson. Simile il processo utilizzato per ottenere nitruro di silicio il quale può essere prodotto anche da polvere di silicio. 9
10 Numerose sono le tecniche usate per la produzione di polveri ceramiche. Variano a seconda del costo, della purezza, della granuloetria e della composizione del prodotto. Si suddividono fondamentalmente in meccaniche e chimiche. Tra le tecniche chimiche vanno ricordate quelle relative alla precipitazione, al metodo sol-gel, alle reazioni solido-gas, liquido gas o fra gas. 10
11 Polveri particolari (tipo il titanato di bario) sono prodotte per precipitazione di un sale (nel caso specifico l ossalato) e successiva eventuale reazione chimica. Possono essere così prodotte polveri molto fini. Il fenomeno segue la tipica sequenza della nucleazione e accrescimento. La purezza della polvere può essere aumentata attraverso successive riprecipitazioni. In questo modo le impurezze via via vengono lasciate nel solvente. 11
12 Polveri fini sono prodotte anche per estrazione o evaporazione del solvente da una soluzione. Il metodo più usato è chiamato freeze drying (= essiccamento per raffreddamento). Facendo avvenire la cristallizzazione ad alta pressione si limita la cristallizzazione e quindi si ottengono polveri fini ed omogenee. Altri metodi sono l ottenimento di polveri mediante sol-gel o attraverso reazioni in fase vapore. In quest ultimo caso si fa reagire un cloruro del metallo interessato con una sostanza allo stato gassoso; si ricavano così dei condensati che è possibile raccogliere sotto forma di polveri. 12
13 All atto dell acquisto o dell utilizzo di una polvere per produrre ceramica numerose sono le informazioni che possono servire. Dalla composizione chimica, alla granulometria, alle fasi cristalline, alla densità, ad alcune proprietà finali. 13
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