Materiali Ceramici

In un contesto geografico come la zona di Civita Castellana dove l’industria dei prodotti ceramici è altamente sviluppata, il progetto X-Tech S.r.l. prende corpo nell’ottobre del 2005 dalla volontà di convogliare tutte le risorse e le competenze acquisite nel settore ceramico e portarle al servizio delle aziende.

X-Tech rappresenta da più di 15 anni un centro di ricerca e prove sui materiali ceramici, nato con l’intento di consolidare la collaborazione tra imprese, territorio e università.
Il laboratorio di analisi X-Tech si prefigge l’obiettivo di supportare le aziende operanti nel settore ceramico e non, nella ricerca e nello sviluppo tecnologico di nuovi prodotti. Fornisce assistenza completa per prove, ricerche applicate e caratterizzazioni chimico-fisiche di prodotti ceramici, e quindi controllo della filiera produttiva dalle materie prime al prodotto finito.

Le competenze tecnico-scientifiche acquisite nel corso degli anni hanno consentito di sviluppare un approccio efficiente alla risoluzione di problemi tecnici e tecnologici in diversi settori. Al tempo stesso, le sofisticate ed avanzate strumentazioni di cui dispone il laboratorio permettono di elaborare progetti di ricerca scientifica in diversi settori, nonostante il contesto dell’industria ceramica rimanga il core business dell’azienda.
L’attività del laboratorio X-Tech si articola in:

1. ricerca e trasferimento tecnologico
2. servizi e assistenza tecnica alle imprese
3. analisi e prove su materie prime, semilavorati e prodotti finiti

Il laboratorio è in grado di offrire diverse soluzioni per la cottura di materiali ceramici e di refrattari, dispone infatti di forno a camera unica della SAFF FORNI SRL e di un forno a gradienti della CERAMIC INSTRUMENTS comprensivo di sei camere di cottura. La camera del forno elettrico della SAFF raggiunge dimensioni interne pari a 410 x 500 x 400 mm; la temperatura massima impostabile è di 1300°C ed è possibile regolare il gradiente termico in funzione della tipologia di prodotto da testare. Il forno a gradienti è invece dotato di sei camere indipendenti di dimensioni pari a 150 x 150 x 110 mm. Per le singole camere è possibile impostare mediante software differenti gradienti di temperatura, fino alla temperatura massima di 1300°C. E’ inoltre possibile svolgere prove di cottura ad alta temperatura, grazie al forno modello HTN 9/16 della NANETTI S.r.l., in grado di raggiungere la temperatura massima di 1600°C e comprensivo dei seguenti optional:

1. raffreddamento forzato indiretto con incluso il controllo automatico del camino;
2. gestione automatica dell'atmosfera controllata;
3. gestione automatica del vuoto (pompa da vuoto inclusa).

Analisi delle deformazioni di strutture solide o fluide soggette a scorrimento mediante viscosimetro Gallenkamp, Coppe Ford e Reometro Brookfield.

1. VISCOSITÀ COPPA FORD
   La Coppa Ford è uno degli strumenti utilizzati in campo ceramico per la determinazione di misure empiriche di viscosità, relativamente ad impasti e smalti ceramici.
   Questo strumento è costituito da una tazza cilindrico-conica di volume pari a 100 ml, che in funzione della tipologia di fluido da esaminare viene munita di un ugello con determinate dimensioni. In particolare, si utilizza un ugello da 6 mm per impasti in fireclay e da 4 mm per impasti in vitreous china o smalti.
2. VISCOSITÀ E TISSOTROPIA GALLENKAMP
   Il viscosimetro universale Gallenkamp è uno degli strumenti più utilizzati in campo ceramico per la misura della viscosità e della tissotropia degli impasti ceramici.
   La tissotropia si misura rilevando il cambiamento di viscosità dell’impasto ceramico nel tempo.
   La misura viene effettuata ripetendo la misura della viscosità dopo che l’impasto ceramico è stato a riposo per 1 o 5 minuti. La differenza tra il valore della viscosità assoluta e la seconda misura effettuata dopo un certo tempo identifica la tissotropia.

Questa strumentazione permette di valutare le variazioni di viscosità nel tempo di qualsiasi materiale in soluzione acquosa al fine di studiare e migliorare i processi di produzione e di stoccaggio delle sospensioni ceramiche e non. Il Reometro Brookfield, oltre a funzionare a gradiente di velocità controllato, può operare anche a sforzo di taglio controllato. Disponibile in versione con cella di Peltier per la rapida termostatazione del campione.

Lo strumento “Sharp” permette di determinare la resistenza ad impatto di provini ceramici cilindrici di dimensioni standard, in conformità con la normativa UNI 4543 punto 4.10.

La bontà dell'accordo dilatometrico tra impasti e smalti ceramici può essere valutata eseguendo dei test di cavillo, secondo norme specifiche (UNI4543, AS1976, AS4023, UNI EN 1183, UNI EN 13258...), o secondo la procedura Harkort, che prevede una serie di cicli di sbalzi termici ad intervalli di temperatura via via crescenti.

Lo scopo del progetto di ricerca in esame è quello di formulare in laboratorio un impasto ceramico con caratteristiche tali da poter essere usato come base di formatura per manufatti di forma cava.
Affinchè l’impasto ceramico formulato possa esser usato come base interna di colaggio per microfusioni cave deve presentare le seguenti caratteristiche:
- alta resistenza
- notevole rifinitura superficiale
- dev’essere facilmente rimovibile una volta raffreddata la colata del materiale.
Per tali motivi il prodotto ceramico formulato è stato testato per vericare che fosse adeguatamente colabile, resistente ad alte temperature e a sforzi meccanici, e facilmente solubilizzato mediante opportune azioni chimiche – fisiche, ottenendo risultati soddisfacenti su tutti i test.

Lo scopo di questo progetto è la formulazione di un prodotto innovativo da applicare sulla superficie dei materiali ceramici e non, mediante la miscelazione di specifici composti che lo rendano idrorepellente, per ridurre al minimo la tendenza all’accumulo dello sporco sulle superfici sottostanti, ed antibatterico, per minimizzare la crescita di batteri patogeni.
Le applicazioni formulate dalla X-TECH per rendere le superfici idrorepellenti prevedono una sorta di smaltatura a freddo da realizzarsi mediante aerografo sul prodotto finito, generando così un film sottile con caratteristiche fisiche tali da ridurre al minimo l’usura del trattamento nel caso in cui il materiale debba essere sottoposto ad un elevato numero di cicli di pulizia con acqua e/o agenti chimici pulenti aggressivi.
La realizzazione di prodotti con caratteristiche antibatteriche invece può essere ottenuta aggiungendo alla formulazione di smalti o altre applicazioni superficiale specifici metalli. L’efficacia antibatterica dei trattamenti fino ad ora formulati è stata testata osservando la crescita sulla superficie dei campioni trattati di due specie batteriche: lo stafilococco aureo e l’escherichia coli. In base all’utilizzo che si vuole fare del prodotto è comunque possibile testare l’efficacia dello stesso con prove di coltura batterica per specifici ceppi di batteri. E’ oltremodo importante l’esecuzione di test che dimostrano la resistenza ad attacchi chimici e a fenomeni di abrasione.
L’utilizzo combinato delle spugne ceramiche e dei prodotti antibatterici potrebbe portare alla realizzazione di filtri specifici per la depurazione di fluidi da determinati ceppi batterici.

L’inquinamento delle materie prime e dei prodotti ceramici quali impasti e smalti è una problematica che interessa molto da vicino le aziende ceramiche. Infatti, la presenza di impurità presenti nello smalto, nell’impasto o sulla superficie di contatto tra i due è spesso causa di difetti estetici sulla superficie dei prodotti finiti come macchie di diverso colore e morfologia o settori ristretti caratterizzati da sollevamento e distacco dello smalto dal supporto ceramico. Queste tipologie di difetto possono rendere il prodotto invendibile e sono difficilmente eliminabili a meno che non si risalga direttamente alla causa che le origina. Al fine di fornire assistenza tecnica alle aziende nell’interpretazione delle difettologie e nel tentativo di eliminarle, questo studio si propone l’obiettivo di elaborare una classifica dei difetti estetici sui prodotti ceramici tradizionali in relazione ai materiali inquinati che li hanno provocati. A tale scopo, nelle prove effettuate, si esegue una procedura esattamente opposta a quella che si verifica in produzione, inquinando forzatamente smalti, impasti e materie prime (con i vari inquinanti presenti sul campo quali gesso, carbone, cemento, asfalto, ferro, rame, alluminio, calcopirite, leghe varie, colle, olio, etc..) per poi analizzare e catalogare i difetti ottenuti.

Ora come non mai la produzione di energia da fonti alternative, come per esempio il sole, viene considerato obiettivo primario per ridurre drasticamente il surriscaldamento globale. In questa ottica X-Tech sta cercando di sfruttare al meglio tale fonte di cercando di arrivare a costruire un sistema ibrido Fotovoltaico-Termico.
Entrando nello specifico il primo passo è stato quello di valutare il materiale più idoneo da usare come supporto per le celle fotovoltaiche in silicio amorfo. Tale materiale deve, allo stesso tempo, resistere alle intemperie ed al contatto continuo con liquidi termo-vettori senza rilasciare ioni che possano limitare l’efficienza della struttura fotovoltaica.
I passi successivi, una volta individuato il materiale giusto, saranno:

1. Trovare delle opportune giunzioni che possano fare un’ottima tenuta tra piastrella e piastrella;
2. Sottoporre tali giunzioni a prove di invecchiamento per valutare la loro durabilità nel tempo ( considerando che esse sarebbero sottoposte ad ogni variazione climatica);
3. Applicare un "film sottile" di silicio amorfo e stampaggio del circuito elettrico;
4. Prove di efficienza della piastrella creata;
5. Studio sul decadimento dell’efficienza del pannello fotovoltaico.