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
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
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
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
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
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
ESTRUSIONE 14/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez. 14 7
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
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
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. 14 10
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. 14 11
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. 14 12
ASPETTI SPERIMENTALI Lo studio della sinterizzazione è fatto mediante termodilatometria 14/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez. 14 13
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. 14 14
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. 14 15
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. 14 16
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 120 14/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez. 14 17
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. 14 18
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. 14 19
EFFETTO DELLA AGGLOMERAZIONE 14/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez. 14 20