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Proprietà, tipi, usi e caratteristiche dei materiali ceramici
il materiali ceramici Sono composti da solidi inorganici, metallici o meno, che sono stati sottoposti a calore. La sua base è solitamente argillosa, ma ci sono diversi tipi con diverse composizioni.
L'argilla comune è una pasta ceramica. Anche l'argilla rossa è un tipo di materiale ceramico che ha silicati di alluminio tra i suoi componenti. Questi materiali sono formati da una miscela di fasi cristalline e / o vetrose.
Se sono costituiti da un singolo cristallo, sono monofasici. Sono policristallini quando sono molti cristalli.
La struttura cristallina dei materiali ceramici dipende dal valore della carica elettrica degli ioni e dalla dimensione relativa dei cationi e degli anioni.
Maggiore è il numero di anioni confinanti con il catione centrale, più stabile sarà il solido risultante.
I materiali ceramici possono essere sotto forma di denso solido, fibra, polvere fine o film.
L'origine della parola ceramica si trova nella parola greca Keramikosil cui significato è "cosa bruciata".
accusa
La lavorazione dei materiali ceramici dipende dal tipo di materiale che si desidera ottenere. Tuttavia, la produzione di un materiale ceramico richiede solitamente i seguenti processi:
1- Miscelazione e macinazione di materie prime
È il processo in cui vengono combinate le materie prime e si tenta di omogeneizzare le loro dimensioni e la loro distribuzione.
2- Conformità
In questa fase si dà forma e coerenza alla massa ottenuta con le materie prime. In questo modo viene aumentata la densità della miscela, migliorando le sue proprietà meccaniche.
3- Stampaggio
È il processo mediante il quale viene creata una rappresentazione o immagine (in terza dimensione) di qualsiasi oggetto reale. Per modellare comunemente uno di questi processi viene eseguito:
urgente
La materia prima viene pressata all'interno di uno stampo. La pressatura a secco viene spesso utilizzata per realizzare prodotti refrattari e componenti elettronici in ceramica. Questa tecnica consente di produrre diversi pezzi rapidamente.
Stampaggio in barbonite
È una tecnica che ti consente di produrre la stessa forma centinaia di volte senza errori o deformazioni.
estrusione
È un processo durante il quale il materiale viene spinto o estratto attraverso un dado. È usato per generare oggetti con una sezione trasversale chiara e fissa.
4- Asciugatura
È un processo che consiste nel controllare l'evaporazione dell'acqua e le contrazioni che produce nel pezzo.
È una fase critica del processo perché dipende dal pezzo che mantiene la sua forma.
5- Cottura
Da questa fase si ottiene il "pan di spagna". In questo processo la composizione chimica dell'argilla viene cambiata in modo che sia fragile ma porosa per l'acqua.
In questa fase il calore deve salire lentamente fino a raggiungere una temperatura di 600 ºC. Dopo questa prima fase è che le decorazioni sono fatte, quando vogliono essere fatte.
È importante assicurarsi che i pezzi siano separati all'interno del forno per evitare deformazioni.
proprietà
Anche se le proprietà di questi materiali dipendono in larga misura dalla loro composizione, generalmente condividono le seguenti proprietà:
- Struttura di cristallo Tuttavia, ci sono anche materiali che non hanno questa struttura o ce l'hanno solo in determinati settori.
- Hanno una densità approssimativa di 2g / cm3.
- Si tratta di materiali con proprietà isolanti di elettricità e calore.
- Hanno un basso coefficiente di espansione.
- Hanno un alto punto di fusione.
- Di solito sono impermeabili.
- Non sono combustibili o ossidabili.
- Sono duri, ma fragili e leggeri allo stesso tempo.
- Sono resistenti alla compressione, all'usura e alla corrosione.
- Hanno brina o capacità di resistere alle basse temperature senza deterioramento.
- Hanno stabilità chimica.
- Richiedono una certa porosità.
classificazione
1- Ceramica rossa
È il tipo più abbondante di argilla. Ha un colore rossastro che è dovuto alla presenza di ossido di ferro.
A cottura ultimata, è composto da alluminato e silicato. È il meno elaborato di tutti. Se si frattura, il risultato è una terra rossastra. È permeabile a gas, liquidi e grassi.
Questa argilla è comunemente usata per mattoni e pavimenti. La sua temperatura di cottura varia da 700 a 1000 ° C e può essere ricoperta di ossido di stagno per ottenere stoviglie stannose. Le piastrelle italiane e inglesi sono realizzate con diversi tipi di argilla.
2- Ceramica bianca
È un materiale più puro, ecco perché non hanno macchie. La sua granulometria è più controllata e solitamente vetrata sulla sua faccia esterna per aumentarne l'impermeabilità.
È usato nella fabbricazione di articoli sanitari e stoviglie. In questo gruppo inserisci:
La porcellana
È un materiale che è fatto di caolino, un tipo di argilla molto pura a cui si aggiunge feldspato e quarzo o pietra focaia.
La cottura di questo materiale avviene in due fasi: nella prima fase viene cotta a 1000 o 1300 ° C; e nella seconda fase può raggiungere 1800 ° C.
Le porcellane possono essere morbide o dure. Nel caso di morbido, nella prima fase di cottura raggiunge 1000 ° C.
Quindi viene rimosso dal forno per applicare lo smalto. E poi ritorna al forno per la seconda fase in cui viene applicata una temperatura minima di 1250 ° C.
Nel caso di porcellane rigide, la seconda fase di cottura viene eseguita a temperature più elevate: 1400 ° C o più.
E nel caso in cui vada a decorare, la decorazione è definita e va in forno, ma questa volta a 800 ° C circa.
Ha molteplici usi nel settore per elaborare oggetti di uso commerciale (articoli per la tavola, per esempio), o per oggetti di uso più specializzato (come isolanti nei trasformatori).
3- refrattario
È un materiale in grado di resistere a temperature molto elevate (fino a 3000 ° C) senza deformarsi. Sono argille che hanno grandi proporzioni di ossido di alluminio, berillio, torio e zirconio.
Sono cotti tra 1300 e 1600 ° C e devono essere raffreddati progressivamente per evitare difetti, incrinature o tensioni interne.
La norma europea DIN 51060 / ISO / R 836 stabilisce che un materiale è refrattario se si ammorbidisce con una temperatura minima di 1500 ° C.
I mattoni sono un esempio di questo tipo di materiale, se usati per la costruzione di forni.
4- Occhiali
I bicchieri sono sostanze liquide a base di silicio, che si solidificano con forme diverse una volta raffreddate.
Diverse sostanze di flusso vengono aggiunte alla base di silicio, in base al tipo di vetro che si desidera fabbricare. Queste sostanze abbassano il punto di fusione.
5- Cementi
È un materiale composto da calcare e calcio di terra, che diventa rigido una volta miscelato con liquido (preferibilmente acqua) e lasciato riposare. Mentre è bagnato, può essere modellato nella forma desiderata.
6- Abrasivi
Sono minerali con particelle estremamente dure e che hanno ossido di alluminio e pasta diamantata, tra i loro componenti.
Materiali ceramici speciali
I materiali ceramici sono duri e resistenti ma sono anche fragili, quindi hanno sviluppato materiali ibridi o composti con una matrice di fibra di vetro o polimero plastico.
I materiali ceramici possono essere utilizzati per sviluppare questi ibridi. È costituito da materiali composti da biossido di silicio, ossido di alluminio e alcuni metalli come cobalto, cromo e ferro.
Nell'elaborazione di questi ibridi vengono utilizzate due tecniche:
Il sintetizzato
È la tecnica in cui vengono compattate le polveri metalliche.
La fritta
Con questa tecnica la lega si ottiene comprimendo la polvere metallica insieme al materiale ceramico in un forno elettrico.
In questa categoria arrivano le cosiddette composite matrix ceramics (CMC). Tra questi possono essere elencati:
- Carburi
Come il carburo di tungsteno, titanio, silicio, cromo, boro o carburo di silicio rinforzato con carbone.
- Nitruri
Come silicio, titanio, ossinitruro ceramico o sialon.
- Ossidi di ceramica
Come allumina e zirconia.
- elettroceramica
Sono materiali ceramici con proprietà elettriche o magnetiche.
I 4 usi principali dei materiali ceramici
1- Nell'industria aerospaziale
In questo ramo sono richiesti componenti leggeri con resistenza alle alte temperature e requisiti meccanici.
2- In biomedicina
In quest'area sono utili per la preparazione di ossa, denti, protesi, ecc.
3- In elettronica
Dove questi materiali vengono utilizzati per la produzione di amplificatori laser, fibre ottiche, condensatori, lenti, isolanti, tra gli altri.
4- Nel settore energetico
Ad esempio, i materiali ceramici possono produrre componenti di combustibile nucleare.
I 7 materiali ceramici più eccezionali
1- Alumina (Al2O3)
È usato per contenere il metallo fuso.
2- nitruro di alluminio (AIN)
È usato come materiale per circuiti integrati e come sostituto per AI203.
3- Carburo di boro (B4C)
È usato per fabbricare la schermatura nucleare.
4- Carburo di silicio (SiC)
È usato per rivestire i metalli, per la sua resistenza all'ossidazione.
5- nitruro di silicio (Si3N4)
Sono utilizzati nella fabbricazione dei componenti di motori per autoveicoli e turbine a gas.
6- Boruro di titanio (TiB2)
Partecipa anche alla produzione di armature.
7- Urania (UO2)
Serve da combustibile per i reattori nucleari.
riferimenti
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- D., Felipe (2010). Proprietà della ceramica. Estratto da: constructorcivil.org
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- Wikipedia (s / f). Materiale ceramico Estratto da: en.wikipedia.org