La ceramica
Se dovessimo definire la ceramica in modo semplice diremmo che è un meraviglioso frutto della creatività umana che ha saputo trasformare dell'umile terra in manufatti che sono delle opere d'arte: piatti, stoviglie, sanitari e piastrelle.
Grazie all'energia del fuoco la terra si condensa e diventa un materiale resistente, bello, durevole: la ceramica.
Definizione tecnica
In termini più tecnici i materiali ceramici sono sostanze inorganiche, non metalliche che a seguito di formatura e cottura ad alte temperature consentono di realizzare prodotti con caratteristiche tecniche notevoli.
Proprietà comuni dei prodotti ceramici
Esistono molti tipi di materiali ceramici e le proprietà variano considerevolmente a seconda della tipologia. Ma possiamo elencare alcune proprietà che, generalmente, li contraddistinguono rispetto ad altri materiali:
- bassa tenacità e duttilità
- elevata resistenza all’usura
- durezza combinata a fragilità
- buoni isolanti elettrici e termici
- elevate temperature di fusione
- basso carico di rottura
- elevata resistenza chimica in ambienti aggressivi
Come nasce la ceramica
I materiali ceramici provengono da argille selezionate e macinate che vengono, poi, cotte ad alte temperature. In questo modo l'acqua contenuta nell'impasto viene eliminata creando delle micro-porosità nel prodotto finito. Questa porosità determinerà le caratteristiche meccaniche della ceramica, come la resistenza a flessione e la resistenza ad abrasione.
Ne abbiamo parlato, ad esempio, in questo articolo dove abbiamo spiegato come la porosità influenzi le caratteristiche delle piastrelle in grès per pavimento.
Ceramici avanzati e ceramici tradizionali
Una prima, classica, distinzione che occorre fare è quella tra i materiali ceramici tradizionali e quelli avanzati. Noi, in questa sede, tratteremo solamente i ceramici tradizionali concentrandoci, in particolare, sui prodotti ceramici per pavimento e rivestimento, quindi sulle cosiddette "piastrelle in ceramica", e sui sanitari per il bagno.
Le caratteristiche chimiche della ceramica
Il legame che si crea tra gli atomi a seguito della cottura delle argille è sia covalente che ionico. In particolare, i legami sono di tipo covalente polare con una differenza di elettronegatività tra i costituenti del minerale stesso. Le proprietà sono legate essenzialmente alle caratteristiche di polarità del legame ed anche alla natura cristallografica del minerale che entra nella formulazione del ceramico stesso. Per questo dipenderanno anche dalla compattezza della struttura cristallografica, dal numero di coordinazione delle specie del reticolo cristallino, proprio perché questo rende disponibili un numero più o meno elevato di piani di scorrimento ed un numero più o meno elevato di difettosità presenti nel reticolo stesso.
Questi aspetti, come vedremo, andranno a determinare il comportamento meccanico del materiale ceramico.
Caratteristiche fisiche della ceramica
Una delle principali caratteristiche fisiche dei materiali ceramici è il punto di fusione che è molto alto, anche se variabile in base al tipo di ceramica. Generalmente raggiunge i 4000°C ed è condizionato dal carattere di polarità che il legame chimico presenta: se il carattere di polarità è molto elevato, allora il punto di fusione del materiale costituito da tale legame sarà molto alto, di conseguenza se il carattere di polarità è basso il punto di fusione sarà più basso.
Questo rende i manufatti ceramici resistenti alle alte temperature e ne fa prodotti ideali per essere utilizzati, ad esempio, per realizzare il piano della cucina. Appoggiare una pentola bollente sul piano in ceramica della cucina non lo danneggia.
Caratteristiche meccaniche e correlazioni chimico-fisiche
Dal punto di vista meccanico il grado di polarità del legame è fondamentale. Ci permette, infatti, di prevedere il diverso comportamento delle strutture che saranno formati da tali materiali. Se il legame è prevalentemente covalente, allora sarà un legame chimico fortemente direzionato ed i composti ceramici a prevalente carattere covalente, se sollecitati a rottura, si romperanno immediatamente in maniera fragile senza fenomeni di plasticità (cioè di deformazione).
Se, invece, il legame è di tipo ionico la presenza di dislocazioni e difetti sarà maggiore ed il materiale ceramico originato sarà in grado di manifestare una certa, minima, plasticità.
Ma come detto i materiali ceramici sono una combinazione dei due legami pertanto si avrà sempre un comportamento caratterizzato da elevata fragilità, anche se associata ad una elevata resistenza meccanica.
La resistenza meccanica dei ceramici
I ceramici sono anche caratterizzati da una resistenza allo sforzo di trazione notevolmente minore rispetto alla resistenza ad uno sforzo di compressione. Questo spiega il motivo per cui sono ideali per sopportare sforzi di compressione, come l'utilizzo a pavimento di una piastrella ceramica ottenuta con il processo produttivo del grès porcellanato.
Il motivo della scarsa resistenza a trazione è da ricercare nel fatto che per le modalità di produzione ed ottenimento di questi materiali si verifica sempre la formazione di una serie di difetti all’interno del materiale finito. Questi possono dar luogo ad una serie di conseguenze negative, ad esempio quelle di cui abbiamo parlato nell'articolo: i problemi nei pavimenti in ceramica.
Tali difetti si concretizzano, in particolare, nella formazione di micro fessure, che sono responsabili delle fratture che si creano quando si sottopone il materiale a sforzi di trazione: il ceramico comincerà a rompersi a valori di carico corrispondenti a quelli necessari per la propagazione delle cricche (fratture). Questi fenomeni si verificano quando si effettuano tagli ad "L", senza utilizzare i corretti accorgimenti di posa della ceramica, su delle lastre di grandi dimensioni.
Classificazione merceologica della ceramica
Un altro criterio di classificazione dei ceramici è relativo alla funzione che essi svolgono o all'ambito di applicazione.
In questo senso avremo:
- Materiali ceramici per edilizia (laterizi, tegole, piastrelle ecc.)
- Materiali ceramici per uso domestico (maioliche, vasellame, ecc.)
- Materiali ceramici per l’industria (utensili, cuscinetti, ecc.)
Ogni classe sarà caratterizzata da una determinata peculiarità che rende il materiale specifico per opportune applicazioni.
Classificazione dei ceramici per porosità
Un’altra classificazione dei ceramici può essere fatta in base alla smaltatura. Secondo questo metodo si possono avere:
- ceramici con un supporto compatto, come le piastrelle in grès a tutta massa
- ceramici con superficie smaltata, come le piastrelle in grès smaltate o come i sanitari smaltati per il bagno
