CERAMICA
CERAMICA (IX, p. 771)
Durante e dopo la seconda guerra mondiale la c. ha subito una profonda evoluzione, sia nel settore artistico, dando corpo a nuove espressioni che si avvalgono anche di tecnologie sofisticate, sia nel settore tecnologico dove ha perduto per lo più il carattere artigianale divenendo una vera e propria scienza cui è stato dato il nome di "ceramurgia". Questa si occupa delle applicazioni alle sostanze ceramiche della chimica e fisica dello stato solido. Tali sostanze appartengono per lo più al gruppo dei cristalli ionici o a quello dei vetri o comunque dei solidi non cristallini.
Tra i fenomeni più studiati è la sinterizzazione, ossia il meccanismo chimico fisico attraverso il quale la materia incoerente, dopo la formatura e l'essiccazione, sottoposta a cottura a temperatura elevata, subisce trasformazioni irreversibili che conferiscono al pezzo le volute proprietà meccaniche. Sostanzialmente si hanno due tipi di sinterizzazione: con presenza di liquido o allo stato solido. Nel primo caso, alla temperatura di cottura nel pezzo, per fusione dei componenti più fusibili, si forma un liquido che penetra negl'interstizi tra i grani, ne discioglie superficialmente i componenti e, dopo raffreddamento, costituisce il collante tra le particelle, che può essere cristallino o vetroso. Nel secondo caso, che si verifica se la miscela è molto pura, a volte costituita da un solo componente, le particelle s'incollano in seguito a fenomeni di diffusione allo stato solido con formazione di "giunti cristallini"; a volte i fenomeni sono assai più complessi perché involvono, per es., trasformazioni allotropiche e ricristallizzazioni in presenza o meno di liquido. Comunque, influenzano la sinterizzazione gli equilibri tra i componenti presenti, la forma delle particelle, l'energia superficiale, la viscosità della fase liquida, la pressione, la presenza di difetti reticolari e specialmente le impurezze.
Altro fenomeno studiato nei tempi più recenti è la plasticità, proprietà reologica influenzante i fenomeni di formatura e le caratteristiche dei pezzi prima della cottura.
Fabbricazione. - Processi e macchine per la fabbricazione dei prodotti classici da foggiare a plastico o a colo non differiscono in modo sostanziale da quelli già descritti. Essi tuttavia sono stati largamente perfezionati e automatizzati.
La foggiatura a plastico del vasellame (piatti e tazze), per es., avviene partendo da dischi di pasta ottenuti per taglio da un cilindro estruso da una filiera a elica; essi sono torniti appoggiandoli su stampi di gesso situati su tornio ad asse verticale e aventi la forma del piatto o tazza capovolta la cui superficie esterna viene tornita e rifilata con utensili; il tutto avviene senza intervento dell'uomo e gli stampi sono automaticamente portati su piani muoventisi in una galleria di essiccazione.
Anche la foggiatura a colo, che industrialmente si attua per i sanitari, è largamente automatizzata con sistemi di lavorazione a catena che comprende anche la verniciatura; i pezzi passano poi sui piani dei carrelli dei forni a galleria donde escono finiti, salvo controlli. Questi tipi di prodotti vengono fabbricati con paste di terraglia tenera (sempre più raramente), porcellana vetrosa (a più alto contenuto di fondenti della porcellana classica), e della cosiddetta fire-clay che è costituita da una miscela grossolana refrattaria, la quale, dopo il colo, viene ingobbiata con uno strato di pasta di porcellana e quindi verniciata prima della cottura finale.
Considerevole sviluppo ha avuto il processo a secco che può comprendere sia la preparazione della miscela che la foggiatura. In questo caso le materie prime sono macinate a secco in mulini a palle, a martelli, ad anelli o pendolari, eventualmente previa essiccazione, e in certi casi con essiccazione contemporanea mediante aria calda. Per ottenere macinati molto fini si usa la separazione a vento, mentre, per controllare la dimensione di grani più grossolani, si cicla attraverso vagli. Le diverse materie prime sono disposte in sili dai quali vengono estratte nelle quantità volute per realizzare il dosaggio. Se questo è continuo, i diversi macinati sono introdotti con flusso costante in miscelatrici a palette, mentre se è discontinuo, s'introducono separatamente nelle proporzioni stabilite in una miscelatrice a molazze fino a raggiungerne il carico completo; lo scarico avviene a miscelazione ultimata. Nelle miscelatrici viene aggiunta acqua in quantità tale da formare una pasta plastica per la formatura a plastico, e in quantità molto minore per la formatura a secco. In quest'ultimo caso la miscela incoerente, leggermente umida, è introdotta in uno stampo le cui pareti sono disposte verticalmente e che porta un pistone inferiore e uno superiore, mossi da dispositivi idraulici o meccanici atti a comprimere la massa tra i due pistoni, a sollevarli e a sformare il pezzo con il pistone inferiore. Questo tipo di lavorazione è largamente attuato per l'industria dei refrattari (v. in questa App.) e per l'industria delle piastrelle da pavimentazione o da rivestimento.
In Italia questa industria ha raggiunto un grado di perfezionamento tecnologico e una produzione in assoluto tra le più avanzate del mondo e che alimenta una forte corrente di esportazioni; la maggior parte delle fabbriche è situata nella zona di Modena, Reggio Emilia, favorita dal fatto che nella zona appenninica vicina sono situati vastissimi giacimenti di un'argilla calcarea particolarmente adatta a costituire la pasta di supporto di una maiolica.
L'argilla, macinata a secco e lievemente inumidita, viene formata a piastrelle in presse idrauliche o a frizione ad alta produttività, dell'ordine di 60 piastrelle al minuto. Automaticamente le piastrelle sono impilate a pacchi su carrelli di forno a tunnel dove sono cotte verso i 1000 °C, producendosi un biscotto poroso per l'ulteriore rivestimento, o anche, usando per la pasta argille a più alto contenuto di fondenti, un grès utilizzabile tal quale per pavimentazione. Dopo la cottura i pacchi di piastrelle sono disposti nella zona di caricamento delle linee di verniciatura ove, prelevate automaticamente su nastri, passano alla rifilatura laterale a mezzo mole, seguita da irrorazione di vernice e sbavatura. Da qui - manualmente o anche meccanicamente - le piastrelle sono disposte su scaffalature di refrattario (caselle dentate) montate su carrelli di forno a galleria, dove avviene la successiva cottura dello smalto, che è di tipo ricoprente a causa della colorazione rossa della pasta. Un'ulteriore cottura si fa per l'eventuale decorazione, stampata per lo più con schermo di seta ottenuto per via fotografica. L'inventiva dei tecnici e dei disegnatori ha consentito la produzione di una molteplicità di tipi sempre rinnovantisi. Con sistemi analoghi si producono piastrelle in terraglia forte. Si usa anche la monocottura che permette di realizzare il prodotto smaltato in una sola fase.
Ceramiche tecniche. - In questo termine rientra una serie di prodotti ceramici non tradizionali che trovano applicazione nelle industrie più avanzate come componenti essenziali o comunque determinanti per la realizzabilità o l'economicità del processo.
Materiali resistenti all'usura, costituiti, per es., da allumina pura, titanato di bario, ossido di zirconio, ottenuti da materie prime purissime e con procedimenti di formatura isostatici, sinterizzati a temperature vicine alla fusione per raggiungere porosità praticamente nulla, sono usati nell'industria tessile per guidafili, o in quella della trafilatura dei metalli per estrusione o infine come utensili, con durate di gran lunga superiori rispetto ai materiali metallici o semimetallici.
Nell'elettronica, a parte i supporti isolanti e gl'isolatori che rientrano nella c. elettrotecnica classica, i dielettrici ceramici a base di biossido di titanio, ma specialmente di titanati, stannati, zirconati, niobati, ecc., di bario e di altri metalli alcalino-terrosi, aventi la struttura della perowskite, hanno consentito la miniaturizzazione dei condensatori. Questi materiali sono ferro-elettrici e si chiamano così perché rispetto al campo elettrico si comportano come i materiali ferromagnetici rispetto al campo magnetico: essi hanno perciò costante dielettrica di alcuni ordini di grandezza superiore ai normali dielettrici.
Semiconduttori ceramici, aventi come capostipiti l'ossido di zinco e il solfuro di piombo presentano un certo sviluppo avvenire specie per i circuiti integrati.
Le ferriti, materiali magnetici ceramici, sono prodotti per sinterizzazione da polveri purissime aventi come composizione base una struttura tipo spinello: industrialmente si preparano ferriti dolci con basso campo coercitivo e bassa rimanenza e ferriti dure aventi alto campo coercitivo e alta rimanenza, atte a produrre magneti permanenti (v. magnetismo, in questa Appendice).
Nell'industria chimica si usano come supporti per catalizzatori prodotti ceramici nei quali la forma e le dimensioni dei pori costituiscono il fine principale della fabbricazione.
Infine prodotti ceramici sono i materiali fissili a base di ossido di uranio, ottenuti per pastigliatura della polvere di ossido addizionata di legante organico e lubrificante, e cotti a 1600 ÷ 1700 °C in atmosfera d'idrogeno secco.
Produzione. - Nel 1974 si sono prodotte in Italia 32.500 t di porcellane per uso domestico, 15.500 t di porcellane per uso alberghiero, 12.600 t di porcellane per usi tecnici e steatite, 47.900 t di terraglie per uso domestico e ornamentale, 233.400 t di articoli sanitari di terraglia di porcellana e di fire-clay, 230 milioni di m2 di piastrelle da pavimentazione e da rivestimento, 6000 t di terrecotte, 125.000 t di grès ceramico per fognature.
Bibl.: T. Emiliani, La tecnologia della ceramica, Faenza 1957; J. J. Svec e altri, Electronic and newer ceramics, Chicago 1959; J. R. Tinklepaugh, W. B. Crandall, Cermets, New York 1960; F. Singer, S. Singer S. S., Industrial ceramics, Londra 1963; A. Popper, Special ceramics 1964, New York e Londra 1965; J. Smit, H. P. J. Wijn, Ferrites, Eindhoven 1965; Holliday, Composite materials, Amsterdam 1966; L. Padoa, La cottura dei prodotti ceramici, Faenza 1971; E. Mariani, Chimica applicata, Roma 1973.