Che cosa sono le ceramiche?

Una ceramica è un solido inorganico non metallico costituito da composti metallici o non metallici che sono stati modellati e poi induriti dal riscaldamento ad alte temperature. In generale, sono dure, resistenti alla corrosione e fragili.

La parola “ceramica” deriva dal greco e significa “vasellame”. Gli articoli domestici a base di argilla, gli oggetti d’arte e i prodotti da costruzione sono familiari a tutti noi, ma la ceramica è solo una parte del mondo della ceramica.

Oggi il termine ‘ceramica’ ha un significato più ampio e include anche materiali come il vetro, la ceramica avanzata e alcuni sistemi di cemento.

Ceramica tradizionale – ceramica

La ceramica è una delle più antiche tecnologie umane. Frammenti di ceramica d’argilla trovati recentemente nella provincia cinese di Hunan sono stati datati al carbonio a 17.500-18.300 anni fa.

I principali tipi di ceramica sono descritti come terracotta, gres e porcellana.

La terracotta è usata ampiamente per il vasellame e gli oggetti decorativi. È uno dei materiali più antichi usati in ceramica.

L’argilla viene cotta a temperature relativamente basse (1.000-1.150°C), producendo un prodotto leggermente poroso e grossolano. Per ovviare alla sua porosità, l’oggetto cotto viene coperto con polvere di vetro finemente macinata sospesa in acqua (smalto) e viene poi cotto una seconda volta. Faience, Delft e maiolica sono esempi di terracotta.

L’argilla del gres viene cotta ad alta temperatura (circa 1.200°C) fino a renderla simile al vetro (vetrificata). Poiché il gres non è poroso, lo smalto viene applicato solo per la decorazione. È un materiale robusto, resistente alle schegge e durevole, adatto all’uso in cucina per cucinare, cuocere, conservare liquidi e come piatto da portata.

La porcellana è una ceramica bianca molto dura e traslucida. Le prime forme di porcellana sono nate in Cina intorno al 1600 a.C., e dal 600 d.C. la porcellana cinese era una merce preziosa per i commercianti arabi. Poiché la porcellana era associata alla Cina e veniva spesso usata per fare piatti, tazze, vasi e altre opere d’arte, viene spesso chiamata “fine china”.

Per fare la porcellana, piccole quantità di vetro, granito e minerali feldspatici vengono macinati con fine argilla bianca di caolino. Alla polvere bianca e fine che ne risulta viene poi aggiunta dell’acqua, in modo che possa essere impastata e lavorata in forma. Il tutto viene cotto in un forno a 1.200-1.450°C. Vengono poi applicati smalti decorativi seguiti da un’ulteriore cottura.

La porcellana d’ossa – che è più facile da fare, più dura da scheggiare e più forte della porcellana – è fatta aggiungendo cenere di ossa di bestiame all’argilla, minerali feldspatici e sabbia silicea fine.

Ceramica avanzata – nuovi materiali

La ceramica avanzata non è generalmente basata sull’argilla. Invece, sono basate su ossidi o non ossidi o combinazioni dei due:

• Ossidi tipici usati sono l’allumina (Al2O3) e la zirconia (ZrO2).
• I non-ossidi sono spesso carburi, boruri, nitruri e siliciuri, per esempio, carburo di boro (B4C), carburo di silicio (SiC) e disiliciuro di molibdeno (MoSi2).

Il processo di produzione comporta innanzitutto la miscelazione completa delle polveri molto fini dei materiali costituenti. Dopo averle modellate in un corpo verde, questo viene cotto ad alta temperatura (1.600-1.800°C). Questa fase viene spesso eseguita in un’atmosfera priva di ossigeno.

L’alta temperatura permette ai minuscoli grani dei singoli componenti ceramici di fondersi insieme, formando un prodotto duro, robusto, durevole e resistente alla corrosione. Questo processo è chiamato sinterizzazione.

Applicazioni delle ceramiche avanzate

I materiali ceramici avanzati sono ormai consolidati in molte aree di uso quotidiano, dai magneti per frigoriferi a una gamma crescente di industrie, tra cui la produzione e la lavorazione dei metalli, l’aerospaziale, l’elettronica, l’automotive e la protezione del personale.

Nella medicina moderna, le ceramiche avanzate – spesso chiamate bioceramiche – svolgono un ruolo sempre più importante. Le bioceramiche come l’allumina e la zirconia sono materiali duri, chimicamente inerti, che possono essere lucidati fino a un’elevata finitura. Sono usati come impianti dentali e come sostituti dell’osso in operazioni ortopediche come la sostituzione dell’anca e del ginocchio. Scopri di più sugli usi delle ceramiche avanzate.