TECNOLOGIE ELETTRONICHE

… studiare, studiare ed ancora studiare, è il solo modo di capire quanto possa essere grande sia la propria ignoranza!

La Ceramica - Preparazione

PREPARAZIONE DELLE PASTE Tanto le materie prime argillose che quelle ausiliarie vengono sottoposte a trattamenti preliminari allo scopo di raggiungere un elevato grado di finezza. Per quanto riguarda la preparazione dell'argilla questa può' essere effettuata allo stato secco a mezzo di mulini a palle, frantumatoi centrifughi e disgregatori a martello. Per le argille in cui siano presenti detriti pietrosi sono particolarmente indicate le molazze. Come indica schematicamente la figura a lato, queste macchine sono costituite da una pista circolare perfo- -rata verso la parte più' interna. Sulla parte piena della pista e su quella forata ruotano rispettivamente due ruote di dimensioni diverse in maniera che i momenti di rotazione rispetto all'asse risultino eguali. L'argilla viene caricata nella zona periferica della pista e dopo essere stata frantumata dalla macina esterna per l'azione di coltelli raschiatori converge verso la pista interna dove,per l'azione della seconda macina, viene costretta a trafilare attraverso la zona forata.

Un sottostante raccoglitore distribuisce l'argilla maci- -nata ad altri frantumatoi, attraverso i quali si rag- -giunge man mano il grado di finezza desiderato

( con le molazze non si possono raggiungere grani di spessore inferiore ai 5mm ). Per la preparazione delle materie ausiliarie che si trovano in natura allo stato di sabbia o roccie dure si impiegano di ordinarlo molazze, laminatoi e mulini polverizzatori. Per la fabbricazione della porcellana elettrotecnica e nei casi in cui si voglia ottenere prodotti molto omogenei e puri, e' preferibile preparare l'argilla per via umida, ossia sciogliendo l'argilla in acqua e lasciando depositare le impurita' che sono in genere non solubili.

L'argilla,cosi' purificata attraverso il defluime- -nto in una successione di vasche di decanta- -zione prende il nome di barbottina.Da questa viene tolta l'acqua a mezzo di filtri pressa in quantità' tale da non compromettere la plasti- -cità' dell'impasto. Spesso con mulini od impastatrici sotto vuoto si provvede anche a togliere le eventuali tracce di aria che potrebbero favorire in fase di cottura la rottura del pezzi. In taluni impianti il rassodamento della barbot- -tina e'effettuato con filtri continui a tamburo. Come indica la figura a lato, questa macchina consiste essenzialmente in un tamburo ad asse orizzontale, immerso per meta' nella bar- -bottina e suddiviso in tanti settori, ciascuno dei quali e' chiuso in corrispondenza della superficie esterna del tamburo da una tela filtrante molto fine.

Ogni settore e' collegato,per mezzo di una tubazione ad un collettore centrale che durante la rotazione del tamburo immette aria compressa o vi pratica il vuoto a seconda che il settore si trovi nella zona AB o nella rimanente. Non appena un settore si immerge nella barbottina l'aspirazione effettuata dal collettore provoca il passaggio di acqua all'interno del settore mentre sulla tela filtrante si deposita l'argilla con uno spessore crescente con l'angolo di rotazione.

Nel momento che ciascun settore esce dalla vasca che contiene la barbottina prosegue ancora l'azione aspirante del collettore e ciò provoca il prosciugamento della pasta argillosa.Successivamente il collettore immette nel set- -tore aria compressa per facilitare il distacco della pasta effettuato mediante coltelli raschiatori . Altri apparecchi rassodatori, come quello mostrato a lato, agiscono invece per un effetto di evaporazione. Un getto di aria. calda, prodotto di ricupero del forni di cottura, investe la barbottina atomizzata dal ventilatore centrifugo ed attraverso la bocca di aspirazione riconflu- -isce all'esterno.

L'argilla essiccata si raccoglie nella parte conica della camera e per mezzo di un nastro trasportatore e' condotta nei silos. I grani più' minuti trascinati dalla corrente gassosa vengono invece ricuperati per mezzo di un ciclone.

ESSICCAMENTO Tutti i materiali ceramici, dopo la formatura sono sottoposti ad un processo di essic- -camento. Non e' infatti possibile cuocere il materiale formato di fresco, perche'la rapida vaporizzazione dell'acqua igrometrica e di lavorazione contenuta nel materiale provoche- -rebbe la fenditura o la frantumazione dei modelli. L'operazione di essiccamento si rende inoltre necessaria per conferire al materiale crudo un grado di compattezza e resistenza tale da poterlo infornare senza inconvenienti. L'essiccamento può essere effettuato disponendo i modelli in una corrente di aria calda. In tal caso l'evaporazione avviene in corrispondenza della superficie del materiale e man mano che le parti più periferiche di questo si essiccano nuova acqua è richiamata verso l'esterno attraverso una infinità di canaletti capillari. L'essiccamento si compie quindi dall'esterno verso l'interno e provoca inevitabilmente un certo ritiro del materiale e la nascita di piccole porosità. L'impiego di raggi infrarossi, quanto i pezzi siano di piccole dimensioni consente di effet- -tuare l'essiccamento con eccezionale rapidità'. Polche' l'acqua non si lascia attraversare facilmente dalle radiazioni infrarosse la trasformazione di energia raggiante in calore si compie per la maggior parte in essa. Dato che l'acqua si trova soprattutto all'interno del modello, avviene che i materiali di piccolo spessore si riscaldino, contrariamente a quanto si verifica nel caso precedente, dall'interno verso l'esterno, cosicché' la parte'centrale del pezzo viene ad essere più' calda di quella periferica. Tali condizioni estremamente favorevoli, per una rapida evaporazione,non si verificano invece per pezzi di considerevole spessore; infatti in questi casi l'acqua si distribuisce in tanti strati, sovrapposti dei quali quelli più' periferici impediscono la penetrazione delle radiazioni. In altri termini l'essiccamento non potrà' più'compiersi dall'interno verso l'esterno. Nel trattarnento con raggi infrarossi, allo scopo di ridurre fenomeni di diffusione della radiazione da parte della superficie del modello,e' conveniente pigmentare le paste con anilina. Come sorgenti di raggi infrarossi si usano di solito lampade speciali da 250 watt. Il filamento e' in genere di carbone. Per una temperatura di questo di 1200°C il rendimento di radiazione e' di circa il 70%.

COTTURA DEI MATERIALI CERAMICI La cottura rappresenta per tutte le ceramiche la fase più importante e delicata, ed ha lo scopo di eliminare sia l'acqua idrometrica rimasta dopo l'essiccamento, sia quella contenuta nei silicati idrati che,per tale effetto, si trasformano in composti anidri.

La maggior parte dei materiali ceramici, ed in particolare quelli ricoperti di smalti vetrificanti risultano faciimente inquinabili dai prodotti di combustione. Nei forni a combustibile liquido o solido o gassoso nasce quindi il problema di provvedere alla protezione dei modelli durante la cottura. Particolarmente indicativo e' il forno a muffola illustrato schematicamente a lato, nel quale e' precluso l'ingresso delle fiamme nelle camere di cottura. La temperatura massima di cottura e' compresa trai 1000 ed i 1400°C, ma è necessario che questa cresca, lenta- -mente nel tempo dalla temperatura ambiente a quella massma secondo una legge di variazione che è in stretta relazione con la successione delle trasformazioni chimiche che si prevedono verificarsi in un determinato impasto

Particolarmenmente lenta deve essere la fase iniziale di riscaldamento durante la quale viene eliminata l'acqua igrometrica e successivamente quella che si produce per la decom- -posizione di alcuni idrati, come l'idrato ferrico e quelli della silice. La produzione di vapore all'interno dei pezzi potrebbe infatti provocare la loro rottura. Dalle semplici osservazioni fatte può' dedursi che la riuscita di una cottura, dipende dagli organi di regolazione predisposti per la realizzazione di un definito programma di cottura. Per la porcellana elettrotecnica la durata totale della cottura e' di circa 90-100 ore e nei forni a carbone il consumo di combustibile e' di circa 2 kg per kg di materiale cotto.

Per questi tipi di ceramiche e' peraltro consigliabile l' impiego di forni elettrici a funziona- -mento continuo (forni elettrici a tunnel) sia perchè consentono una migliore regolazione della temperatura, sia perche' la trasmissione del calore dalle resistenze ai pezzi avviene per irradiazione ed e' quindi da escludere una possibilità' di inquinamento dei pezzi in cot- -tura, anche perche' le. resistenze, sono spesso immerse, almeno in gran parte entro la camicia di refrattario che impedisce la dispersione del calore all'esterno. Nei forni a tunnel in cui il materiale si avvicina progressivamente alla zona di cottura per mezzo di carrelli o nastri trasportatori, affinchè' questo possa riscaldarsi gradualmentè,come richiesto dalla curva termica, le resistenze elettriche sono divise in vari settori in ciascuno dei quali e' diversa la potenza elettrica che si trasforma in calore.

Durante la cottura della maggioranza del materiali ceramici, in corrispondenza di una temperatura dell'ordine dei 1000-1100°C e' richiesto un cambiamento dell'atmosfera del forno da ossidante in riducente. Mentre nei forni a fiamma ciò può essere fatto variando la condotta del fuoco nei forni elettrici oil problema è risolto immettendo nella camera del forno dell'Ossido di Carbonio. Si dice ossidante l'ambiente che si ottiene con una combustione in eccesso di aria, riducente quando l'aria comburente è in difetto rispetto alla quantità del combustibile. Per gli elementi riscaldatori per temperature inferiori ai 1100°C, si usano in genere leghe al nichel cromo (80% Ni - 20% Cr), per temperature sino a 1300°C le leghe al ferro, cromo, alluminio e cobalto (Kanthai) e per temperature sino a 1500°C il Carburundum, materiale formato da una combinazione di carbonio e silicio. A seconda delle percentuali di questi o dei vari processi di fabbricazione ha differenti caratteristiche di impiego e denominazioni: quarzilite, silite, globar, gesiwid.

Le resistenze al carborundum usate in forma di bacchette presentano l'inconveniente di aumentare la propria resistenza con l'uso, quelle al Kanthal divengono invece fragili quando siano portate alla temperatura di esercizio indicata. La potenza elettrica richiesta e' dell'ordine di 30 - 40 Kw per m3 di forno.