Materiali Ceramici

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

Analisi Termiche

Studio ed analisi del comportamento dei materiali ceramici al variare della temperatura.
Analisi termo-gravimetriche e termo-differenziali (DTA/TGA)

Analisi termo-gravimetriche e termo-differenziali (DTA/TGA)


Determinazione accurata delle temperature di transizione delle fasi mineralogiche o quelle di decomposizione di alcuni composti (ne sono un esempio carbonati o sostanze organiche).
Forte di un forno capace di raggiungere i 1400°C e di una bilancia capace di pesare fino ad un milionesimo di grammo, riesce a fornire importanti risultati in merito al comportamento dei materiali (ceramici e non) durante il ciclo di cottura. La tecnica analitica DTA consente quindi di registrare tutte le trasformazioni esotermiche ed endotermiche che avvengono nel campione, fornendoci una buona caratterizzazione del materiale e delle trasformazioni mineralogiche cui questo è soggetto in cottura.

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Calorimetria Differenziale a Scansione (DSC)

Calorimetria Differenziale a Scansione (DSC)


La tecnica consente di misurare la differenza di quantità di energia (calore) assorbita o rilasciata da un campione rispetto a un riferimento durante un riscaldamento o raffreddamento controllato del campione, o in isoterma. Viene tracciato un grafico dove il flusso di calore è riportato in funzione della temperatura del campione. Le transizioni di fase che il campione subisce determinano dei picchi nel termogramma, la cui area corrisponde all’entalpia del fenomeno in gioco.

Analisi di espansione dilatometrica

Analisi di espansione dilatometrica


Permette di condurre misurazioni termo-meccaniche anche al di sopra del punto di rammollimento di un materiale attraverso tutto il ciclo di cottura industriale. Misura del coefficiente di espansione termica di materie prime, vetri, fritte e impasti ceramici fino alla temperatura massima di 1200°C.

Analisi mediante microscopio riscaldante

Analisi mediante microscopio riscaldante


Identificazione delle temperature caratteristiche quali sinterizzazione, rammollimento, sfera, mezza sfera e fusione ed acquisizione della curva di fusione/rammollimento del materiale. In ambito ceramico rappresenta un'analisi molto utile ai fini produttivi, perché fornisce le informazioni sui materiali necessarie a definire un'idonea curva di cottura.

Prove di cottura

Prove di cottura


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).

Controlli di Reologia

Controlli di Reologia


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.

Analisi reologica mediante Reometro Brookfield RS CPS

Analisi reologica mediante Reometro Brookfield RS CPS


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.

Proprietà Fisiche e Meccaniche

È possibile, mediante le attrezzature a disposizione del laboratorio, determinare le principali caratteristiche fisiche relative alle polveri ceramiche, sia tradizionali che avanzate.
Analisi mediante Filtropressa Baroid

Analisi mediante Filtropressa Baroid


Permette di determinare, mediante analisi ad alta pressione, la filtrazione e la capacità di formare spessore di un impasto ceramico. La proprietà di filtrazione è la misura del liquido perso, misurato in ml, sotto la pressione di 100 psi attraverso una determinata carta da filtro per 30 minuti. La capacita di fare spessore di un impasto ceramico è la misura dell’altezza della massa ceramica depositata sulla carta da filtro alla fine del tempo impostato per la prova.

Misura di plasticità mediante plasticimetro Pfefferkorn

Misura di plasticità mediante plasticimetro Pfefferkorn


Per misure di plasticità di una argilla o di un impasto determinate misurando il grado di compressione esercitato su dei provini cilindrici appositamente preparati da un punzone con peso e traiettoria di caduta ben definiti.

Test di resistenza a flessione su campioni crudi e cotti
Test di resistenza a flessione su campioni crudi e cotti

Test di resistenza a flessione su campioni crudi e cotti


I tester di resistenza a flessione su campioni crudi sono utilizzati per la determinazione della resistenza a flessione di materiali ceramici crudi opportunamente essiccati e cotti.
Le normative di riferimento per l’esecuzione delle prove sono le DIN 51 030, EN 100, UNI 4543.
Il dato ottenuto è utile nella valutazione della resistenza a sollecitazioni dei sanitari in ceramica cotti durante la loro movimentazione e l’utilizzo.

Granulometria laser
Granulometria laser

Granulometria laser


Il granulometro laser Hydro 2000 MU consente di effettuare analisi precise (avendo scelto opportuni valori di assorbenza e di IR) della distribuzione granulometrica di qualsiasi sospensione, emulsione o polvere.
Tale strumento è in grado di determinare, in pochi secondi, la grandezza delle particelle compresa in un range che va da 0.1 a 1000 micron.

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Resistenza all’urto

Resistenza all’urto


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.

Test di cavillo sui materiali ceramici

Test di cavillo sui materiali ceramici


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.

Misure di colorimetria mediante spettrofotometro Konica Minolta (colorimetro)

Misure di colorimetria mediante spettrofotometro Konica Minolta (colorimetro)


Lo spettrofotometro per misure di colorimetria è uno strumento adatto ad un preciso controllo del colore in ambiti produttivi. Le sue caratteristiche permettono di analizzare perfettamente anche prodotti dalla forma complessa misurandone perfino piccoli particolari. Pertanto, effettuando la misurazione e visualizzando i risultati su un grafico spettrale, è possibile vedere la natura del colore del campione e definire le differenze - non percepibili all'occhio umano- tra campioni di colore apparentemente uguale.
Utilizzato nella definizione dei colori degli smalti ceramici è molto utile nel confronto tra smalti diversi, in quanto fornisce direttamente i valori di ΔL (se uno smalto è più chiaro o più scuro rispetto ad un target), Δa (se lo smalto tende più al rosso o al verde rispetto al target), Δb (se lo smalto tende più al giallo o al blu rispetto al target).

Analisi mediante Microscopio Elettronico a Scansione (SEM)

Analisi mediante Microscopio Elettronico a Scansione (SEM)


Il Microscopio Elettronico a Scansione (SEM) sfrutta una tecnologia che consente l’osservazione di campioni con ingrandimenti e risoluzione estremamente superiore alla microscopia ottica ordinaria. Lo strumento, estremamente versatile e adatto a qualsiasi tipo di applicazione scientifica, permette, in seguito all’emissione di un fascio di elettroni, di analizzare i vari segnali prodotti dall’interazione degli elettroni del fascio con il campione in esame. In questo modo si possono effettuare studi morfologici e analisi chimiche, molto utili nello studio dei difetti puntuali sui prodotti ceramici finiti.

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Analisi Mineralogica mediante Diffrattometria a Raggi X (XRD)

Analisi Mineralogica mediante Diffrattometria a Raggi X (XRD)


La diffattometria a Raggi X (strumento modello X' PERT PRO della PANalytical) permette di effettuare analisi qualitative per individuare le diverse fasi mineralogiche presenti all'interno di un campione solido massivo, granulare o in polvere. E' anche possibile eseguire analisi mineralogiche semiquantitative, per avere una stima della concentrazione percentuale delle varie fasi. Questa analisi è di fondamentale importanza per eseguire controlli merceologici sulle materie prime, ma viene utilizzata anche per la determinazione della Silice Libera Cristallina su membrane filtranti.

Analisi Chimica mediante Fluorescenza a Raggi X (XRF)

Analisi Chimica mediante Fluorescenza a Raggi X (XRF)


L'analisi in Fluorescenza a Raggi X (mediante XRF modello AXIOS della PANalytical) permette di ottenere informazioni quali-quantitative sulla composizione chimica dei materiali, individuando quali elementi chimici costituiscono un campione solido massivo, granulare o in polvere, e in quali concentrazioni percentuali si presentano all'interno del campione stesso. Questa analisi è di fondamentale importanza per eseguire controlli merceologici sulle materie prime ed individuare eventuali inquinanti presenti in esse.

Sostenibilità e Innovazione

Testing – Research - Solution
Sviluppo di ceramiche idrosolubili per il riutilizzo degli stampi e la riduzione dei rifiuti

Sviluppo di ceramiche idrosolubili per il riutilizzo degli stampi e la riduzione dei rifiuti


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.

Sviluppo di ceramiche antibatteriche, virucide e idrorepellenti

Sviluppo di ceramiche antibatteriche, virucide e idrorepellenti


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.

Studio delle difettologie ceramiche

Studio delle difettologie ceramiche


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.

Ricerca sulla realizzazione di supporti ceramici per il fotovoltaico, Sviluppo di simulatori 2D e 3D di ausilio alla progettazione e realizzazione dei prodotti ceramici

Ricerca sulla realizzazione di supporti ceramici per il fotovoltaico, Sviluppo di simulatori 2D e 3D di ausilio alla progettazione e realizzazione dei prodotti ceramici


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.