Utente:Orkolorko/Ceramica

Dicesi ceramica un oggetto artificiale, a cui viene data una forma a temperatura ambiente, che viene successivamente fissata in forni.

Il materiale di cui è fatta la ceramica è tipicamente inorganico e non metallico. La materia prima della ceramica è un composto il cui materiale prevalente è l'argilla. Per una maggiore facilità di lavorazione e per ottenere differenti proprietà del prodotto finito l'argilla può essere arricchita con l'aggiunta di feldspato, sabbia, ossido di ferro e allumina.

A seconda delle proprietà del prodotto finito, le ceramiche vengono divise essenzialmente in due gruppi. Ceramiche che presentano una bassa porosità, buone doti di impermeabilità e di durezza (come grès e porcellane) vengono dette ceramiche a pasta compatta.

Ceramiche che invece hanno una pasta tenera, porosa ed assorbente, facilmente scalfibile da una punta d'acciaio (come le maioliche, le terraglie e le terrecotte) vengono dette ceramiche a pasta porosa.

Tra le diverse applicazioni della ceramica vi sono l'industria edilizia (laterizi), i rivestimenti (piastrelle), le coperture (tegole), i sanitari.

Le ceramiche possono attraversare diversi tipi di lavorazione, distinguendosi in:

• ceramiche non smaltate quali il cotto ed il grès;
• ceramiche smaltate:
  • cotte in monocottura quali la ceramica rossa, la bianca ed il clinker;
  • cotte in bicottura quali la maiolica, il cotto forte e la terraglia.

Mentre le ceramiche non smaltate e quelle a monocottura sono solitamente a pasta compatta, i biscotti (cotti in bicottura) sono solitamente a pasta porosa.

Storia della ceramica

La tecnica della ceramica è, a parere degli storici e degli antropologi, una delle più antiche sviluppate dall'uomo e più diffuse.

Sono state ritrovate ceramiche in buono stato di conservazione risalenti al Neolitico. La tecnica di cottura era estremamente semplice, l'oggetto veniva cotto direttamente nel fuoco.

I manufatti considerati più antichi sono stati localizzati in Giappone sull'isola di Kyushu e risalirebbero al XI millennio a.C.

Nel corso dei secoli sono state introdotte numerose tecniche, prima fra tutte quella del tornio, che ha permesso di realizzare più facilmente vasi, anfore.

Un'altra tecnica introdotta, le cui pratica è testimoniata sin dal II millennio a.C. nelle regioni mesopotamiche è la smaltatura della ceramica, cioè il rivestimento con paste che dopo la cottura diventano un rivestimento vetroso.

La tecnica si sviluppa poi in maniera differente a seconda delle aree geografiche. In Cina, dal VIII secolo a.C. si diffonde la tecnica della porcellana, tecnica che rimarra praticamente sconosciuta agli europei fino al XVII secolo.

Infatti in Europa fino al XIII secolo la tecnica si riduceva alla realizzazione della forma, la cottura e l'impemeabilizzazione.

Solo successivamente vennero introdotti colori e decori più raffinati, come ad esempio il lustro, utilizzato ampiamente nelle ceramiche di Gualdo Tadino e di Deruta.

Solo all'inizio del secolo scorso la ceramica cominciò ad essere utilizzata a scopo industriale. Nel 1902 nel modenese comparirono le prime produzioni di piastrelle.

Alcune innovazioni nella tecnica industriale permisero negli anni '50 le prime produzioni industriali su scala medio-larga.

Negli anni '60 e '70 il ciclo produttivo della ceramica era stato talmente raffinato che divenne realtà la produzione completamente automatizzata su larga scala di oggetti.

Successivamente la ricerca nell'ambito tecnico della ceramica si è orientata a sviluppare processi produttivi meno dispendiosi dal punto di vista energetico e meno dannosi dal punto di vista ambientale.

Un mercato che si è sviluppato parallelamente a quello della ceramica industriale è quello in Italia della ceramica d'arte, un mercato che ora sta attraversando un momento di crisi per la svalutazione del dollaro e la concorrenza cinese.

Il ciclo produttivo

Produzione artigianale

Preparazione dell'argilla

L'argilla deve essere ripulita dalle impurità organiche, i sali e le particelle piu' grossolane.

I principali tipi di argille sono:

• Caolino: un'argilla di bassa plasticità, di colore chiaro che è usato nelle porcellane cinesi;
• Argilla sabbiosa: molto plastica e di grana fine;
• Argille refrattarie: argille resistenti al fuoco;

Lavorazione dell'argilla

Prima della modellazione, l'argilla deve essere impastata correttamente, per eliminare le eventuali bolle d'aria e per renderla compatta. Una eccessiva manipolazione puo' però sfaldare la sua struttura, con la conseguente formazione di crepe. L'aggiunta di "chamotte" (polvere ottenuta dalla macinazione della ceramica precedentemente cotta) modifica le caratteristiche dell'impasto argilloso di base.

Modellazione

Esistono varie tecniche per la modellazione dell'argilla, alcune delle quali risalgono all'antichità; Eccone alcune:

Modellazione a mano libera

È una delle più antiche tecniche di modellazione; partendo da una palla di argilla si usano le sole mani per ottenere la forma desiderata. Una delle lavorazioni più comunemente usate è la lavorazione a palla utilizzata anche nella creazione delle tazze raku usate in Giappone per la cerimonia del tè.

Modellazione a colombino

Innanzi tutto devono essere preparati i colombini di argilla, partendo da blocchi di argilla delle dimensioni di un sigaro e stendendoli con i palmi delle mani, fino ad ottenere dei lunghi cilindri del diametro e lunghezza voluti. Questi colombini sono poi sovrapposti gli uni agli altri, uniti fra di loro e lisciati, per ottenere le forme volute, soprattutto vasi e ciotole.

Modellazione a lastre

Da un pane d'argilla vengono ricavate delle lastre, tagliandole con un filo, oppure stendendo l'argilla con un mattarello, fino ad ottenere una lastra di spessore omogeneo; le lastre sono poi tagliate per ottenere le varie forme e sono unite tra di loro per ottenere il manufatto finale. Particolare attenzione deve essere posta nell'unione delle lastre, per evitare rotture durante le fasi di essiccamento o cottura. A tale scopo si praticano piccole incisioni sulle superfici da unire e si spalmano con barbottina per facilitarne l'unione.

Modellazione al tornio

Utilizzata soprattutto per la produzione di vasi, prevede l'utilizzo di un supporto girevole, azionato da pedali o tramite motorino elettrico. Si parte con una certa massa di argilla, sufficiente alla creazione dell'oggetto, che viene lavorata utilizzando le mani o altri strumenti mentre questa continua a girare. La rotazione del tornio permette di realizzare oggetti centrati di varie forme.

Modellazione a stampo

Consiste nella creazione di uno stampo in gesso a partire da un oggetto che si vuole replicare una o più volte. All'interno dello stampo viene colata argilla molto liquida, che una volta essiccata puo' essere estratta dallo stampo e successivamente rifinita. È da tenere conto che, rispetto al modello originale da cui è stato ricavato lo stampo, gli oggetti in argilla creati con tale stampo, una volta essiccati e cotti, avranno una notevole riduzione di volume (intorno al 10%)

Essiccazione

I manufatti in argilla devono essere essiccati all'aria, prima di poter procedere alla cottura. Durante l'essiccazione viene eliminata gran parte dell'acqua e l'argilla perde la sua plasticità. Gli oggetti si riducono di volume (in proporzione variabile a seconda della qualità dell'argilla utilizzata). L'essiccazione deve avvenire lentamente per evitare la formazione di crepe e la conseguente rottura degli oggetti durante la successiva fase di cottura. Particolare attenzione deve essere posta all'uniformità di essiccazione, per evitare deformazioni dei manufatti. Prima dell'essiccazione vera e propria, quando l'argilla raggiunge la "durezza cuoio" (cioè non è ancora completamente essiccata, ma ha già una certa durezza) puo' essere facilmente incisa e decorata.

Cottura

La cottura avviene in forni speciali, che raggiungono temperature molto elevate, oltre i 1000°C. Il processo di cottura puo' durare anche molte ore, in quanto la temperatura deve aumentare progressivamente secondo curve prestabilite. Anche il raffreddamento deve essere graduale e seguire determinate fasi.

Durante la cottura avvengono una serie di reazioni che influenzano le proprietà del prodotto finale. Modulando opportunamente la curva di cottura, si possono ottenere risultati diversi a seconda delle proprietà che si vogliono ottenere:

• a 900°C si ottiene la terracotta, materiale molto poroso e poco resistente;
• tra 900 e 1100°C si ha la terraglia, meno porosa della terracotta;
• tra 1200 e 1300°C si ha il gres, un prodotto fortemente vetrificato, impermeabile e poco poroso;
• sopra i 1300°C (se si utilizza il caolino) si ottiene la porcellana un prodotto altamente vetrificato, translucido e impermeabile.

Se, durante la cottura, è presente ossigeno nel forno, avviene l'ossidazione delle sostanze minerali presenti nel materiale argilloso e la degradazione del materiale organico eventualmente presente. In presenza di atmosfera ricca di ossigeno (ossidante) si ha lo sviluppo del colore rosso dovuto al ferro; in atmosfera povera di ossigeno e ricca di vapore acqueo o monossido di carbonio (riducente), si ha invece la formazione di colore nero.

Nelle diverse fasi della cottura, avvengono varie trasformazioni:

• a 200°C viene eliminata l'acqua residua nell'impasto e l'acqua contenuta fra gli interstrati;
• tra i 300°C e i 600°C avviene la combustione delle materie organiche e viene liberata l'acqua "chimicamente combinata";
• a 800°C avviene la decomposizione dei carbonati di calcio;
• oltre i 1000°C (per la cottura del gres o del caolino) fondono i feldspati, dando luogo alla vetrificazione.

In seguito alla cottura il prodotto subisce un'ulteriore riduzione di volume.

La smaltatura e la decorazione

Dopo la prima cottura i manufatti in argilla possono essere "smaltati" con appositi smalti costituiti da una miscela in vari rapporti di vetro, opacizzanti e fondenti. La smaltatura può essere effettuata con aerografo o per immersione. Ricoperta la superficie dell'oggetto tramite la smaltatura, si può quindi passare alla decorazione, realizzata a mano con applicazione tramite pennelli di appositi colori ceramici (ottenuti da ossidi minerali o metallici mescolati a fondenti).

I rivestimenti possono essere di vario tipo:

• Gli ingobbi: sono di tipo argilloso e si applicano sui manufatti ancora leggermente umidi prima della cottura; la superficie colorata con gli ingobbi, una volta cotto l'oggetto, risulterà porosa, opaca e non vetrificata;
• Le vernici: sono di tipo vetroso, impermeabili e lucide. Sono trasparenti, benché possano anche essere colorate, e lasciano intravvedere l'argilla sottostante. Per abbassare il punto di fusione della silice utilizzata per le vernici, vengono aggiunti i fondenti, come l'ossido di piombo (tossico), gli alcali o i borati;
• Gli smalti: sono di tipo vetroso, ma non sono trasparenti come le vernici, bensì coprenti.

La seconda cottura

Gli oggetti che, dopo la prima cottura, vengono sottoposti a smaltatura devono subire un secondo processo di cottura in forno ad una temperatura compresa tra i 750 e i 950°C (a seconda dei fondenti utilizzati nello smalto). Questo ulteriore procedimento ha lo scopo di fondere il rivestimento applicato dopo la prima cottura, fino a farlo vetrificare. La vetrificazione del rivestimento rende l'oggetto più impermeabile e conferisce lucidità alla superficie. La temperatura della seconda cottura potrà essere innalzata più velocemente rispetto alla prima (in quanto non c'è più l'evaporazione dell'acqua, con conseguenti pericoli di rottura).

Produzione industriale di piastrelle ceramiche

I due processi tecnologici fondamentali nella produzione di piastrelle ceramiche sono la monocottura e la bicottura. La differenza sostanziale è relativa alla fase di cottura, che nel caso della bicottura comprende due trattamenti termici: la cottura del biscotto, nel corso della quale avviene la sinterizzazione del supporto, e la cottura dello smalto avente la funzione di stabilizzare smalti e decori. Nel caso della monocottura invece la smaltatura viene effettuata delle pistrelle essiccate e ad essa segue solamente un trattamento termico nel corso del quale avvengono contemporaneamente sinterizzazione e stabilizzazione dello smalto. Una ulteriore differenza riguarda la preparazione delle materie prime. L'attribuzione del processo a secco alla bicottura e del processo ad umido con essiccazione a spruzzo alla monocottura è, salvo casi eccezionali, ciò che avviene nella realtà produttiva. Oggi il grès porcellanato rappresenta circa i due terzi della produzione italiana, e per metà viene smaltato. Il ciclo produttivo è composto da varie fasi: preparazione delle materie prime, formatura, essiccamento, smaltatura, cottura e scelta.

Preparazione delle materie prime

La preparazione delle materie prime consiste in una serie di operazioni finalizzate all'ottenimento di un materiale di composizione omogenea (impasto) con una distribuzione granulometrica e forma dei grani appropriata, e un contenuto d'acqua adatto al sistema di formatura scelto (pressatura, estrusione o colaggio). Il colaggio (sanitari) comporta un 40% di acqua, l'estrusione (laterizi) circa il 20% mentre la pressatura (piastrelle) un 5-6% di acqua. La granulometria fine garantisce uno sviluppo della superficie specifica tale da assicurare la giusta velocità di essiccamento e reattività in cottura; la forma dei grani e il grado di umidità permettono invece di ottenere un semilavorato che sia pressato uniformemente. Le operazioni che compongono questa prima fase sono tre: macinazione, miscelazione-omogeneizzazione e regolazione del contenuto d'acqua. La macinazione ha anche la funzione di miscelare l'impasto (work in progress)

Cottura

I materiali ceramici possono essere ottenuti da polveri tramite sinterizzazione, un processo chimico-meccanico che avviene in forni ad altissime temperature, dove le polveri stesse, causa le energie in gioco, si uniscono tra di loro creando appunto i materiali cosiddetti ceramici; in particolare il feldspato portato ad alte temperature avvolge i cristalli di sabbia e argilla. Dopo l'essiccazione normalmente i prodotti modellati subiscono il processo di cottura, che conferisce maggiore resistenza meccanica ai manufatti ed elimina l'acqua residua rimasta dopo l'essiccamento.

Smaltatura e ricottura

Al fine di impermeabilizzarli, i prodotti ceramici possono venire smaltati e ricotti con vetrina trasparente o con smalto opaco. Negli smalti vengono aggiunti ossidi di piombo per abbassare la temperatura della seconda cottura in modo da ridurre i costi di produzione, per le porcellane, invece, la vetrina viene usata senza piombo e la ricottura è a 1500°C.

Una delle caratteristiche di questi materiali è di essere degli ottimi isolanti elettrici.