Le ceramiche realizzate con materiali diversi presentano notevoli differenze in termini di prestazioni. Vi illustreremo la classificazione e l'applicazione dei vari materiali ceramici.
Classificazione in base alla composizione del materiale ceramico
In base alla loro composizione, i materiali ceramici possono essere suddivisi approssimativamente in quattro categorie: materiali ceramici ossidici, materiali ceramici non ossidici, materiali ceramici silicatici e materiali ceramici vetrosi.
Di seguito vi faremo conoscere questi materiali ceramici e ne comprenderemo gli utilizzi.
Materiali ceramici ossidici
Gli ossidi ceramici sono molto comuni sia nell'industria che nella vita quotidiana. Nella grande famiglia degli ossidi, i più rappresentativi sono l'allumina, l'ossido di zirconio, il biossido di silicio, ecc.
In generale, i materiali ossidi presentano le seguenti caratteristiche distintive:
Resistenza all'usura: elevata durezza, forte resistenza all'usura, adatto per rettifica, taglio e altri scopi.
Resistenza alle alte temperature: Il punto di fusione è relativamente alto e presenta una buona stabilità in vari ambienti ad alta temperatura. È un materiale refrattario molto comune nell'industria.
Resistenza alla corrosione: le proprietà chimiche sono stabili, non reagisce facilmente con vari acidi, alcali e sali ed è adatto a vari ambienti corrosivi.
Ecco alcuni materiali ossidi comuni:
Allumina: Questo è uno dei materiali ceramici più utilizzati. Le ceramiche sinterizzate dall'allumina sono utilizzate in tutti gli aspetti della nostra vita. Si trovano in componenti elettronici, medicali e industriali. È uno dei materiali più basilari nell'industria manifatturiera moderna!
Zirconia: La zirconia ha una tenacità maggiore dell'allumina. La sua elevata durezza e resistenza alle crepe la rendono adatta ad applicazioni ad alta resistenza come quelle odontoiatriche e per la produzione di coltelli.
Biossido di silicio: Presenta inoltre un'eccellente resistenza, stabilità alle alte temperature e resistenza alla corrosione. È ampiamente utilizzato in vari dispositivi ottici, nella produzione del vetro e nell'industria dei semiconduttori.
Materiali ceramici non ossidi
Esistono molti materiali ceramici non ossidi, i più comuni sono nitruri, carburi, boruri, ecc. I materiali ceramici non ossidi possono essere applicati in vari campi grazie alle loro eccezionali prestazioni. Ad esempio, le ceramiche al nitruro possono essere utilizzate in alcune pale di turbine e componenti di motori grazie alla loro superiore resistenza alle alte temperature; le ceramiche al carburo possono essere ampiamente utilizzate in varie applicazioni di taglio grazie alla loro eccellente durezza; i boruri possono essere utilizzati negli ugelli dei razzi e nei sistemi di protezione termica in ambienti ad altissima temperatura.
Introduzione ai materiali ceramici non ossidi comuni:
Nitruro di alluminio: questo materiale ha un'eccellente conduttività termica e un ottimo isolamento elettrico. Viene utilizzato come substrato per la dissipazione del calore e come materiale di imballaggio elettronico in molti prodotti e dispositivi elettronici.
Nitruro di silicio: ha un'elevata resistenza al calore e alla resistenza meccanica. Viene spesso utilizzato in vari componenti di motori e strutture di cuscinetti ad alta temperatura. È ampiamente utilizzato in automobili e aviazione.
Carburo di silicio: il carburo di silicio è un materiale con durezza estremamente elevata e buona resistenza alle alte temperature. Viene utilizzato in alcune tenute meccaniche e materiali resistenti all'usura. Inoltre, è ampiamente utilizzato anche in applicazioni ad alta temperatura e alta pressione di vari dispositivi a semiconduttore.
Nitruro di boro: la struttura esacristallina del nitruro di boro offre un buon isolamento elettrico, resistenza al calore e inerzia chimica. Può essere utilizzato in vari lubrificanti e materiali refrattari.
Materiali in vetroceramica
La vetroceramica è un materiale ceramico composito ottenuto dalla cristallizzazione del vetro. Questo materiale combina i vantaggi del vetro e della ceramica, offrendo sia le caratteristiche del vetro che i vantaggi della ceramica! La vetroceramica è spesso utilizzata nelle cucine ad alte temperature e viene utilizzata per realizzare teglie da forno resistenti al calore e vari utensili da cucina. Oltre a un'elevata durezza e resistenza al calore, la vetroceramica offre anche una buona biocompatibilità.
Materiali ceramici silicati
I materiali ceramici silicatici sono ceramiche con minerali silicatici come componente principale. Se suddivisi, possono essere principalmente suddivisi in due tipologie: silicato di alluminio o silicato di magnesio. Sono utilizzati nella vita quotidiana e nell'edilizia. Nell'industria edile, i silicati ceramici possono essere impiegati per piastrelle, mattoni e cemento grazie alla loro superiore resistenza all'usura e all'eccellente durata e resistenza alla corrosione. Inoltre, possiamo trovare prodotti in silicati ceramici anche in articoli di uso quotidiano, come alcune stoviglie in ceramica, sanitari, ecc. Anche nell'industria elettronica, i silicati ceramici possono essere utilizzati per realizzare isolanti e condensatori, e il loro utilizzo è molto ampio.
Classificazione per uso ceramico
Le ceramiche possono essere suddivise in ceramiche tradizionali e ceramiche avanzate. Le materie prime delle ceramiche tradizionali si trovano comunemente in varie argille, silice, feldspato, quarzo, ecc. Questi materiali formano i prodotti ceramici tradizionali dopo la cottura ad alta temperatura. Le ceramiche avanzate sono costituite da una varietà di ossidi, nitruri e carburi.
Le diverse ceramiche hanno applicazioni diverse. Le ceramiche tradizionali sono più adatte alle necessità quotidiane, mentre le ceramiche avanzate sono ampiamente utilizzate nell'industria e in alcuni settori high-tech.
Bicchiere
Il vetro è un materiale ceramico comune. Dalle finestre che vediamo ovunque nella nostra vita quotidiana agli occhiali che indossiamo, molti potrebbero non sapere che il vetro è in realtà una ceramica silicata.
Il componente principale della ceramica silicata è il biossido di silicio (SiO₂). Aggiungendo altri ossidi, le proprietà del vetro cambiano. Ad esempio, aggiungendo ossido di sodio (Na₂O), il punto di fusione del vetro si abbassa, favorendo la formatura; aggiungendo ossido di alluminio (Al₂O₂) si migliora ulteriormente la durezza e la resistenza al calore del vetro; se si desidera cambiare il colore del vetro, è possibile aggiungere ossido di ferro (Fe₂O₂), in modo che il vetro appaia verde o marrone. Questi accorgimenti non solo rendono il vetro più bello, ma ne migliorano anche le prestazioni.
Ceramica d'argilla
I prodotti in argilla e ceramica più comuni sono le porcellane, come servizi da tè, ciotole, bottiglie di ceramica, ecc. Le ceramiche d'argilla non solo offrono prestazioni superiori, ma diventano anche molto belle se trattate in modo specifico. Sono ottime per la decorazione e l'uso quotidiano.
Ceramica abrasiva
La ceramica è dura e resistente, il che la rende un materiale eccellente per la molatura e il taglio. Gli abrasivi più comuni includono diamante, ossido di alluminio, carburo di silicio, sabbia silicea, ecc.
Ceramica avanzata
Esistono molti tipi di ceramiche avanzate, ciascuna con prestazioni superiori. Questi materiali sono ampiamente utilizzati in ambito aerospaziale, nei dispositivi medici, nelle apparecchiature elettroniche, ecc. grazie alle loro eccellenti proprietà fisiche e chimiche.
Riassumere
La ceramica è un materiale versatile e ampiamente utilizzato in ogni aspetto della nostra vita. Le sue molteplici proprietà superiori si completano a vicenda, rendendolo adatto a molteplici utilizzi.
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