Principali proprietà della ceramica
Il termine ceramica si riferisce a una varietà di materiali inorganici non metallici. Le ceramiche utilizzate nell'industria sono chiamate ceramiche ad alte prestazioni o ceramiche tecniche. Grazie a processi di produzione speciali e avanzati, le ceramiche ad alte prestazioni sono utilizzate in molti settori dell'ingegneria meccanica. I vantaggi del materiale e i suoi possibili campi di applicazione sono illustrati di seguito.
Ulteriori informazioni sulla ceramica
- Resistente alla corrosione
- Estremamente solida
- Elevata termostabilità
- Elevata resistenza all'usura
- Forme diverse
Definizione di ceramica ad alte prestazioni
La ceramica è un composto di elementi metallici e non metallici. La parola keramos, che deriva dal greco, significa "argilla da vasaio". Il termine ceramica si riferisce sia al materiale che al prodotto che ne deriva.
Le ceramiche ad alte prestazioni, note anche come ceramiche tecniche, si differenziano dalle ceramiche tradizionali per la loro lavorazione precisa. Il segreto sta nella microstruttura. Una certa granulometria, che deve rientrare in un intervallo di tolleranza definito in base alla purezza e alla granulometria, è decisiva per le proprietà positive.
Una polvere di ceramica prodotta sinteticamente ha questi elevati requisiti di purezza chimica e omogeneità, che le materie prime presenti in natura non possono fornire. La varietà di ceramiche ad alte prestazioni che ne deriva viene utilizzata nell'ingegneria meccanica.
Proprietà della ceramica
- Resistente alla corrosione
- Resistenza chimica
- Nessuna conducibilità termica
- Non magnetica
- Bassa conducibilità elettrica (modificabile)
- Formabilità duttile
- Estrema resistenza e stabilità dimensionale
- Elevata resistenza all'usura
- Resistenza alle alte temperature
Elevata resistenza all'usura e durezza
Rispetto ad altri gruppi di materiali, la ceramica ha una durezza straordinaria. Tuttavia, esistono delle differenze a seconda della struttura e del tipo di materiale. La durezza viene misurata secondo la prova Vickers (HV). A differenza dei materiali metallici, in quelli ceramici non si verifica alcuna deformazione plastica a temperatura ambiente. Tuttavia, il campione crea un'impronta misurabile, accompagnata da forti fessurazioni radiali e laterali.
La ceramica Si3N4 che utilizziamo ha una durezza Vickers fino a 1700 HV 10. In confronto, il normale acciaio per cuscinetti 100Cr6 ha una durezza di circa 700 HV 10
.
Elevata termostabilità
- Poiché la ceramica mantiene la sua resistenza e rigidità anche a temperature elevate, sono possibili applicazioni ad alta temperatura.
- La conducibilità termica di un materiale dipende dalla porosità e dalla granulometria. Gli interstizi ridotti e il fatto che l'aria sia uno scarso conduttore termico conferiscono alla ceramica la proprietà positiva della bassa conducibilità termica.
- Il processo di produzione influisce sulla temperatura massima di applicazione.
Panoramica delle caratteristiche della ceramica ad alte prestazioni
| Panoramica | Esempio di prodotto |
|---|---|
| CERAZUR | |
| Z141 | |
| Si3N4 |
Applicazioni della ceramica ad alte prestazioni
Le ceramiche ad alte prestazioni tecniche sono utilizzate in molti di quei settori in cui i metalli e le materie plastiche causano problemi durante la lavorazione. I vantaggi e le proprietà positive del materiale creano costantemente nuove aree di applicazione e un mercato di vendita in crescita.
Industria chimica, alimentare e farmaceutica
I requisiti speciali di questo settore richiedono l'inserimento di materiali speciali, come la ceramica ad alte prestazioni. Alcune proprietà, come la resistenza agli acidi e agli alcali e alle sostanze abrasive, consentono alla ceramica di essere inserita in molti filtri, rivestimenti, imballaggi per torri, raccordi e valvole. L'elevata resistenza alla corrosione e le ridotte reazioni con altre sostanze escludono reazioni chimiche indesiderate con il pezzo da lavorare. In questo modo si evitano danni al prodotto finale. Soprattutto nell'industria alimentare, alcune ceramiche soddisfano gli standard igienici. Un esesmpio di prodotto è il perno d'appoggio in ceramica
.
Industria elettronica
A causa dei particolari requisiti di produzione, l'industria elettronica richiede anche l'uso di materiali speciali. Componenti sensibili e complessi da lavorare e alte velocità di ciclo sono requisiti che richiedono l'inserimento della ceramica.
La plastica che viene spesso utilizzata non è neanche lontanamente resistente all'usura come la ceramica. Un altro requisito dell'industria elettronica è la neutralità elettrica ed elettromagnetica dei materiali utilizzati. Per l'impiego in applicazioni ad alta frequenza, bassa frequenza e induzione, si può inserire anche una delle numerose ceramiche ad alte prestazioni.
Industria automobilistica
L'elevato sfruttamento della capacità di automazione e la prevenzione dei tempi di inattività sono caratteristiche delle linee di produzione odierne dell'industria automobilistica. La sfida tecnica da vincere in questo caso è quella di ottimizzare la durata o la vita utile. Le proprietà positive delle ceramiche ad alte prestazioni, come l'estrema forza, l'elevata resistenza all'abrasione, alla corrosione e alla temperatura, aumentano l'affidabilità e la qualità dei processi. La bassa usura aumenta la vita utile e riduce gli intervalli tra le sostituzioni dei componenti.
Uno dei tanti esempi è quello degli elementi di centraggio in ceramica. Nei dispositivi con intervalli di sostituzione e velocità di ciclo molto elevati, i centraggi compensano l'usura molto elevata. La durata di esercizio può quindi essere aumentata notevolmente.