Con il progresso mondiale, l'innovazione è ovunque. Con l'introduzione di metodi di lavorazione avanzati, un tipo speciale di ceramica sta ora prevalendo nelle industrie. In questo articolo esclusivo, parleremo del tipo di ceramica più esigente e unico: la ceramica tecnica.
Cosa sono le ceramiche tecniche?
Le ceramiche tecniche sono tipi avanzati di ceramiche note con vari nomi. Sono note come ceramiche avanzate o ceramiche ingegnerizzate, sul mercato. Alcuni produttori li utilizzano anche con i termini "ceramica ad alte prestazioni" e "ceramica di precisione". Indipendentemente dal termine utilizzato, si riferiscono tutti alla stessa cosa.
Le ceramiche tecniche sono definite materiali ceramici inorganici. Si tratta di ceramiche avanzate composte da elementi unici, tra cui O₂ (ossigeno) e Al (alluminio). Possiedono le più elevate proprietà meccaniche, elettriche e termiche. Tali proprietà possono essere controllate aggiungendo altri elementi minori. La combinazione delle loro proprietà termiche e fisiche le rende la scelta migliore per prodotti in cui altre alternative falliscono.
Sono prodotte con materiali sintetici o di origine naturale. Le ceramiche tecniche sono chiamate ceramiche avanzate perché gli ingredienti necessari nel processo di produzione sono altamente purificati. Gli ingredienti vengono accuratamente raffinati per controllare la forma e le dimensioni delle particelle. Sono utilizzate in vari settori per la produzione di una varietà di prodotti di uso quotidiano.
Categorizzazione dei materiali della ceramica tecnica:
Le ceramiche avanzate, tecniche o ad alte prestazioni possono essere classificate nei seguenti tipi:
- Materiale composito: comprende materiale rinforzato con fibre, combinazioni di non ossidi, ossidi e altri materiali, nonché materiale rinforzato con particelle.
- Ossidi: comprendono elementi come Zr, Be, Al2O3, ecc.
- Non ossidi: nitruri, carburi, ecc. rientrano nella categoria dei non ossidi.
Perché la ceramica avanzata è così popolare?
Senza dubbio, con il progredire dello sviluppo a livello mondiale, anche la domanda e la diffusione della ceramica tecnica o della ceramica ingegneristica sono in aumento. Definiti come materiali policristallini, stanno diventando molto popolari in tutto il mondo.
Il primo motivo per cui sono richiesti è perché aprono nuove opportunità per diverse applicazioni, ad esempio nell'ingegneria meccanica e impiantistica, nell'industria automobilistica, nelle fonderie, nell'elettronica, nella produzione tessile e nella tecnologia medica.
Inoltre, le esigenze dei consumatori in diversi settori industriali stanno evolvendo rapidamente di anno in anno. Pertanto, ingegneri e costruttori preferiscono materiali avanzati e di alta qualità come la ceramica tecnica per soddisfare tutte le loro esigenze e necessità. Oltre all'utilizzo nei settori sopra menzionati, la ceramica tecnica trova impiego anche nei settori della nanotecnologia e dell'ottica.
Infine, la domanda di ceramiche tecniche o di precisione è in aumento in numerosi settori, grazie alla loro elevata personalizzabilità. Le ceramiche di precisione di alta qualità, prodotte da aziende professionali, stanno ora sostituendo i materiali ordinari in diverse applicazioni.
In precedenza le aziende utilizzavano i normali materiali refrattari e polimeri, ma ora si stanno spostando ampiamente verso la ceramica tecnica.
Quali sono le proprietà più importanti dei materiali ceramici tecnici?
Di seguito sono elencate alcune proprietà importanti della ceramica tecnica:
●Resistenza alla compressione
Quando la ceramica tecnica viene compressa, mostra una resistenza eccezionalmente elevata. La ceramica tecnica può sopportare carichi elevati, almeno di 4000 MPa (MPa sta per Megapascal). Tuttavia, confrontandola con altri materiali come lo zirconio o il titanio, si può immaginare la sua resistenza.
●Resistenza all'usura
Anche le ceramiche tecniche o di precisione più avanzate possono sopportare alte temperature. Oltre a sopportare alte temperature, mantengono efficacemente le loro proprietà meccaniche ed elettriche. Per questo motivo, le ceramiche tecniche vengono utilizzate in numerose applicazioni che richiedono un'elevata emissione di calore. Alcuni esempi includono utensili da taglio, forni e motori a reazione.
●Durezza
Senza dubbio, la ceramica tecnica ha conquistato il cuore degli utenti più esigenti grazie alla sua elevata rigidità e all'eccellente durezza. I produttori stanno spostando la loro priorità sulla ceramica tecnica perché questo materiale unico è 4 volte più duro dell'acciaio inossidabile.
●Densità
Le ceramiche tecniche hanno densità che vanno da 2 g/cc. Grazie alla loro bassa densità, le ceramiche tecniche sono preferite ad altri materiali per diverse applicazioni. Come noto, la bassa densità contribuisce a ridurre il peso. Minore è la densità, minore sarà il peso del materiale.
●Capacità di temperatura
Secondo i dati, diversi tipi di ceramiche avanzate possono sopportare temperature superiori a 1750 °C (3182 °F). Grazie alla loro capacità di sopportare temperature elevate, rientrano nella categoria dei materiali ad altissima temperatura. Grazie alla loro capacità di sopportare temperature elevate, possono essere utilizzati in vari motori, turbine e cuscinetti.
●Resistente alla corrosione
Senza dubbio, le ceramiche tecniche sono materiali chimicamente stabili. Ma perché? La risposta sta nel loro legame chimico. Nella maggior parte dei materiali ceramici tecnici (soprattutto negli ossidi), i legami ionici sono dominanti, il che conferisce al materiale proprietà di resistenza alla corrosione.
●Conduttività termica o isolamento
Le ceramiche tecniche possono avere diverse proprietà di conduttività termica o di isolamento. Tali proprietà dipendono dalla composizione chimica del materiale. Ad esempio, alcuni tipi di ceramiche tecniche presentano proprietà di conduttività termica superiori. Questi prodotti sono ideali per dissipatori o scambiatori di calore.
D'altra parte, alcuni prodotti in ceramica tecnica hanno proprietà isolanti. In breve, la ceramica tecnica è altamente flessibile e personalizzabile.
Altre proprietà importanti includono la biocompatibilità, la resistenza alla flessione, la metallizzazione, la piezoelettricità e la dinamica, la resistenza agli shock termici e alle fluttuazioni, ecc.
Differenza tra ceramica tecnica e ceramica tradizionale
Ora che abbiamo esplorato le loro proprietà uniche, vediamo in che modo questi materiali avanzati differiscono dalle ceramiche tradizionali. Gli usi e i processi di produzione di questi due tipi di ceramiche sono molto diversi e ognuno presenta i suoi vantaggi. Di seguito, esploreremo le differenze più in dettaglio.
1. Composizione:
La principale differenza tra la ceramica tecnica e la ceramica tradizionale è la composizione. I materiali di formulazione della ceramica tecnica sono principalmente carburi, ossidi e nitruri, come ossido di alluminio, nitruro di silicio, carburo di silicio, ecc., oltre a contenere molti materiali sintetici.
Per la produzione e la lavorazione della ceramica tradizionale vengono utilizzate diverse tipologie di materie prime (ad esempio: silice, argilla e feldspato).
2. Prestazioni:
Un'altra grande differenza tra la ceramica tecnica e quella tradizionale è la prestazione. Le ceramiche tradizionali sono utilizzate in applicazioni limitate, ad esempio negli isolamenti elettrici di fascia media. Ma perché vengono utilizzate in processi di fascia media e non in applicazioni di fascia alta?
Ciò è dovuto al fatto che le ceramiche tradizionali presentano generalmente una durezza da bassa a media. Oltre alla bassa durezza, presentano anche una bassa resistenza e un basso equilibrio termico. Al contrario, grazie alle loro proprietà uniche, le ceramiche tecniche sono progettate per applicazioni impegnative.
3. Elaborazione:
Infine, le ceramiche avanzate differiscono significativamente da quelle convenzionali in termini di lavorazione. Le ceramiche tradizionali vengono in genere modellate utilizzando metodi di base come la fusione, quindi cotte ad alte temperature per finalizzare la loro forma. Al contrario, le ceramiche ad alte prestazioni richiedono tecniche specializzate. Questi metodi variano a seconda del settore, con approcci comuni che includono la lavorazione meccanica di precisione e la compattazione delle polveri.
In conclusione:
Le ceramiche tecniche sono considerate oggetti inorganici non metallici. Indubbiamente, l'applicazione di queste ceramiche avanzate in diversi settori è in continua crescita. Grazie alle loro proprietà uniche, sono molto richieste in tutto il mondo. Produttori e utilizzatori di fascia alta le utilizzano in sostituzione di materiali di uso comune grazie alle loro proprietà uniche.