ceramica

Ceramica:materiale ricavato dalla cottura, in appositi forni,disostanze minerali naturali, principalmente argilla e caolino. In particolare, dal caolino si ottengono la porcellana, le terraglie ed i grès fini, dalle argille comuni si ottengono le terrecotte e i grès naturali, e dalle argille fini le maioliche.

Immagine1 Immagine2

Tipi, procedimenti e tecniche

Con riferimento ala porosità del materiale, prendono il nome di ceramiche a pasta compatta il grès e la porcellana, di ceramiche a pasta porosa la terracotta, la terraglia e la maiolica: le prime sono per loro natura impermeabili all’acqua, mentre le seconde lo diventano solo dopo essere state sottoposte a vetrinatura o smaltatura. La terracotta è la meno pregiata tra le ceramiche porose e si ottiene dalla cottura a temperature relativamente basse (900-1200 °C). A seconda della percentuale e del tipo di ossido di ferro contenuta nell’argilla impiegata, durante la cottura il materiale acquista colore rosso acceso, rosso scuro, marrone o nero. Il grès si ottiene dall’argilla cotta a temperature tra 1200 e 1280 °C ed è un materiale durissimo. Può essere bianco, grigio o rosso scuro e, essendo a pasta compatta, viene vetrinato solo a scopo decorativo. La maiolica o faenza viene prodotta con argilla fine a basso contenuto di ossidi di ferro, per cui è di colore oscillante tra il rosso chiaro e il giallo paglierino; viene cotta di solito a 900-950 °C e rivestita di smalto o vetrina trasparente.

Immagine3

Preparazione e lavorazione dell’argilla:

Consiste nella lenta colata in uno stampo di argilla liquida fatta con l’aggiunta di acqua), la pasta nella sua forma liquida si riversa in una cavità, stampo in gesso, lasciando uno strato di argilla sulla superficie dello stampo.
Il cast è poi rimosso dopo un periodo di tempo. Questo metodo è usato per fare cavi o sprofondate pezzi come vasi, zuppa e caffè tè e pentole.
Stampo / modulo può anche essere ruotato.
Immagine5

Immagine6 Immagine7

Essiccazione e cottura

Affinché cuocia senza rompersi, l’argilla deve essere essiccata, cioè lasciata ad essiccare perché perda la maggior parte dell’umidità. Quando l’impasto argilloso è quasi completamente asciutto risulta morbido e poroso e può essere cotto sul fuoco a temperature che si aggirano tra 650 e i 750 °C: è questo il metodo tuttora seguito per la produzione di manufatti nelle zone meno sviluppate del mondo. I primi forni, che fecero la loro comparsa nel VI millennio a.C., richiedevano una particolare attenzione perché anche il combustibile (dapprima legna ed in seguito carbone) poteva influire sul risultato finale, variando il grado di durezza dell’argilla e producendo ad esempio terraglie anziché grès.

Oggi vengono applicati i metodi della fiamma ossidante e della fiamma riducente, che consistono nell’aumentare o ridurre la quantità di ossigeno disponibile per la combustione. A seconda del tipo di cottura si ottengono infatti materiali diversi; ad esempio l’argilla contenente un alta percentuale di ossido di ferro appare rossa se cotta con fiamma ossidante, grigia o era se cotta con fiamma riducente: la variazione di colore è dovuta al cambiamento delle percentuali relative di ossido ferroso (nero) e d ossido ferrino (rosso) variabili a seconda della reazione chimica.

Immagine8

Decorazione

Gli oggetti in argilla possono essere decorati prima e dopo la cottura. Quando il materiale è essiccato solo in parte e quindi leggermente rigido “allo stato cuoio”, è ancora possibile applicare manici o beccucci al recipiente, il cui corpo può essere a sua volta abbellito con incisioni o piccoli fori, oppure con figure in rilievo prodotte con uno stampino. Il vasaio può inoltre applicare decorazioni metalliche a fuoco oppure levigate le parti del manufatto in modo che le particelle ruvide rimangano all’interno e la superficie esterna risulti liscia e lucida.

Altre tecniche sfruttano l’effetto ornamentale dato dalla sovrapposizione di argille di colori diversi. Nel metodo dell’ingobbio il materiale semiliquido può essere distribuito sul contenitore per mezzo di una siringa, oppure usato per immergerci il pezzo in modo che questo venga rivestito da una patina spessa pochi millimetri. La procedura nota come neriage consiste invece nel mischiare argille di tinte differenti per farne un impasto che possa essere lavorato a lastra, al torni, a colombini etc. Altre tecniche sono infine lo sgraffiato, con cui si realizzano disegni decorativi graffiando la superficie con punte metalliche, e la serigrafia, che trasferisce la decorazione sulla ceramica tramite uno schermo di seta.

Immagine9

Smalti e vetrine

Nella storia della ceramica, i prodotti privi di rivestimento sono sempre stati più comuni di quelli smaltati o vetrinati. La vetrina è una copertura trasparente che si applica all’argilla ed è, come dice il nome, simile a vetro. Infatti è costituita da silice o da quarzo e nitrato o carbonato di sodio o di potassio, ossido e carbonato di piombo, oltre ad eventuali sostanze coloranti.
Sottoposta a fusione, tale miscela si trasforma in una sostanza vetrosa che prende il nome di “fritta” e che, una volta solidificata, viene frantumata e polverizzata e quindi stesa sull’argilla cruda o sul “biscuit”(biscotto), cioè sul materiale già sottoposto ad una prima cottura. Dopo l’applicazione il pezzo deve nuovamente essere posto in forno a una temperatura compatibile con quella necessaria per la cottura dell’argilla.
Lo smalto bianco o stannifero ha la medesima composizione della vetrina, cui viene però aggiunto stagno, che conferisce una colorazione bianca e coprente. Altre tinte si ricavano unendo allo smalto bianco o alla vetrina ossidi metallici: ad esempio, gli ossidi di ferro e i Sali di uranio conferiscono al pezzo una sfumatura rossa, mentre l’antimonio produce il giallo e gli ossidi di zinco e cobalto il blu. Il rame dà un colore verde alle vetrine di ossido di piombo e una tinta turchese alle vetrine alcaline, mentre la cottura in forno riducente dà luogo ad una sfumatura rossa.Immagine10

Decorazione soprasmalto e sottosmalto

Le ceramiche possono essere dipinte prima e dopo la cottura. Nel Neolitico si ricorreva ad ocre ed altri pigmenti naturali per decorare pezzi privi di rivestimento. Gli ossidi metallici impiegati assieme alle vetrine richiedono temperature più elevate per far si che il colore si fissi.
Qualora si utilizzino smalti, occorre invece sottoporre il pezzo a cottura “a piccolo fuoco”(cioè a bassa temperatura). Decalcomanie (disegni stampati su carta sottile che si trasferiscono sull’oggetto ceramico lasciando un decoro) sono il metodo ornamentale più diffuso su larga scala. Mentre nel Settecento le lastre stampate venivano incise a mano, oggi ci si avvale della litografia e della fotografia.
Nell’antichità i principali produttori di ceramiche nell’Asia orientale furono la Cina, la Corea ed il Giappone.

Immagine11

Ceramici strutturali

Si classificano come ceramici strutturali i materiali che sono in grado di sopportare sollecitazioni meccaniche di vario tipo (cerchi a flessione, compressione, urto, attrito, usura) e/o condizioni aggressive di temperatura e ambiente.

In base alle applicazioni si possono classificare in:
Ceramici con funzione termiche:radiatori di infrarosso, fibre isolanti, refrattari ed isolanti speciali, scambiatori termici, scudi termici, scambiatori di calore, forni IR, pompe di calore, isolanti, refrattari ed isolanti per altissime temperature, etc.
Ceramici termomeccanici: camere di combustione, condotti di gas di scarico, rotori a turbina, boccole per l’estrusione dei metalli, contenitori per gas e liquidi corrosivi ad alta temperatura, supporti per l’abbattimento delle emissioni, recupero di calore dai cicli industriali, etc.
Ceramici antiusura:utensili da taglio, guidafili, componenti per la lavorazione della carta, tenute per pompe, rubinetti e valvole,mezzi macinati, ugelli, stampi.
Ceramici antiproiettile: protezioni balistiche e schermi antiradiazione, protezione elicotterie e veicoli militari.
Ceramici per l’impiego del nucleare: materiali di contenimento, di schermatura, immobilizzazione scorie radioattive, schermi di magneti, materiali per prima parete

Per i materiali ceramici esiste una stretta relazione tra processo e proprietà finali del materiale.

In altre parole il processo determina la microstruttura, le cui caratteristiche determinano le proprietà finali del materiale. La microstruttura ideale in un prodotto è quindi funzione del tipo di impiego proposto.

I requisiti microstrutturali più importanti sono:
– tipo, qualità, distribuzione di fasi cristalline o vetrose;
– caratteristiche delle fasi a bordo grano;
– distribuzione, dimensione, stechiometria dei grani;
– quantità, distribuzione, dimensione di porosità e difetti.

Le prestazioni dei materiali durante specifiche applicazioni dipendono:

– da fattori intrinseci come composizione chimica, caratteristiche microstrutturali, densità, strato difettivo;
– dalle
interazioni che intervengono ad alta temperatura tra l’ambiente ed il materiale (ossidazione, corrosione, usura);
– dalle
caratteristiche superficiali che sono legate al processo di produzione ed alle lavorazioni (meccaniche, ultrasoniche, laser, etc.) necessarie a garantire finiture e tolleranze richieste dalle applicazioni in componenti complessi.

Per molte applicazioni vengono richiesti materiali ceramici con combinazioni particolari di proprietà chimiche,fisiche, termo-meccaniche. Spesso queste proprietà non sono compatibili tra di loro in un solo materiale.
Al momento le soluzioni più promettenti sono:
– composti a matrice ceramica (in cui le seconde fasi sono ceramiche o metalliche);
– ceramici multistrato e a gradiente funzionale, ossia aventi proprietà variabili attraverso lo spessore del materiale.

Nanoceramici e multistrato

L’obbiettivo della ricerca è quello di sviluppare ceramiche tecniche avanzate con particolari microstrutture al fine di ottenere materiali ad alte prestazione termo-meccaniche e tribologiche. In particolare,sono studiati i materiali ceramici a microstruttura nanometrica sia monofasci, sia compositi. I monofasci e i compositi a struttura naometrica, in cui la seconda fase è dispersa sotto forma di particelle, intesi per applicazioni strutturali sono attualmente oggetto di grande interesse e studio per le potenziali capacità che hanno di superare certe limitazioni delle ceramiche a microstruttura micrometrica e di poter migliorare allo stesso tempo alcune caratteristiche come la resistenza all’usura. Presso questo Istituto vengono prodotti e studiati materiali monofasci da polveri nanometriche prodotte con tecniche non convenzionali presso alti Istituti italiani e stranieri. Materiali completamente densi possono essere ottenuti mediante pressatura a caldo utilizzando, nel caso, opportuni aiuto sinterizzanti che ad alta temperatura formano una fase liquida. Le proprietà di questi materiali innovativi, vengono poi confrontate con quelle di materiali analoghi ottenuti da polveri commerciali più grossolane. Vengono inoltre prodotti e studiati nanocompositi a funzione volumetrica variabile di fase secondaria. La polvere usata come rinforzo viene generalmente ottenuta mediante metodi laser o tecniche al plasma presso altri Istituti italiani o stranieri. Nel considerare tipo e quantità della fase di rinforzo dei compositi nanoceramici, è necessario che vengano mantenute, o eventualmente migliorate, le proprietà della matrice di partenza. Per le ceramiche nanostrutturate, sono stati scelti i sistemi monobasici a base di carburo di silicio  (SiC) e nitruro di silicio (Si3N4); tra i compositi, quelli a base di alluminia/carburo di silicio (AI2O3/SiC) e nitruro di silicio/carburo di silicio (Si3N4/SiC). La caratterizzazione microstrutturale dei materiali si avvale di tecniche quali difrattometria a raggi X, la microscopia elettronica a scansione e l’analisi d’immagine per l’individuazione delle fasi chimiche presenti, la morfologia della microstruttura e la quantificazione dei parametri che la contraddistinguono.
La caratterizzazione delle proprietà termo-meccaniche  e
tribologiche è realizzato tramite misure di durezza (macro, micro e nano), di costanti elastiche (modulo di Yung e coefficiente di Poisson), di resistenza alla frattura e di tenacità (anche ad alta temperatura e in atmosfera controllata), di espansione termica, di stabilità durante trattamenti termici (ossidazione), di resistenza all’usura e del coefficiente di attrito.

 

 

 

touch screen

                                                    I TOUCH SCREEN

 

Il funzionamento degli schermi touch screen

Sono sempre più numerosi i dispositivi elettronici di uso comune, presenti sul mercato che offrono la possibilità di essere utilizzati attraverso interfacce intuitive ed accattivanti. In questo contesto, la tecnologia “touch screen” compare senz’altro come una delle più diffuse, importanti ed apprezzate: telefoni cellulari, eletrodimestici, pc e sportelli bancomat sono solo alcuni dei sistemi con cui quotidianamente l’uomo si intefaccia attraverso uno schermo sensibile al tocco.

Le modalità di funzionamento delle tecnologie su cui si basa il concetto dei touch screen sono svariate: tipicamente si impiegano grandezze elettriche, la cui variazione di intensità fornisce informazioni utili al sistema di controllo per identificare la posizione del tocco.

 

Componenti di un sistema touch screen

Un dispositivo touch screen è costituito da tre componenti base:

  1. un gruppo schermo-sensore,
  2. un controller
  3. un driver software.

kcnekc

 

  • Il sensore di un dispositivo touch screen è, solitamente, un pannello di vetro trasparente, la cui superficie è sensibile al tocco, che viene posto a ricoprire l’area del monitor preposta alla visualizzazione. Il principio generale di funzionamento del pannello è comunque esprimibile come segue: al momento del contatto fra il pannello sensibile e il dito, viene modificato, e univocamente determinato, il valore di un’opportuna grandezza originata dal pannello stesso. La variazione così generata è utilizzata come segnale per la localizzazione della zona di tocco.
  • Il controller è una scheda elettronica che ha il compito di far dialogare lo schermo tattile con il computer: essa riceve le informazioni che il sensore genera nel momento in cui viene toccato e le traduce in opportune comunicazioni per il PC.
  • Il driver è il software che permette al dispositivo touch screen e al computer di lavorare insieme. Esso, infatti, “spiega” al sistema operativo come interpretare i segnali inviati dal controller nel momento del tocco. Touch screen resistivi.

 

Touch screen capacitivi

I dispositivi touch screen più noti e maggiormente diffusi, a causa della loro versatilità, facilità di realizzazione, versatilità ed economicità, sono quelli a funzionamento resistivo. Questo tipo di tecnologia racchiude numerose varianti realizzative le quali presentano, comunque, un certo numero di caratteristiche comuni. L’architettura, per esempio, si può identificare per tutte le tipologie come segue: lo schermo è composto da due pannelli, rivestiti e da una sottile patina conduttrice. I due rivestimenti conduttivi, separati da una sottile intercapedine di aria e da punti separatori, in configurazione di riposo non vengono a contatto fra loro, garantendo un isolamento elettrico fra gli stessi. Durante il funzionamento viene applicata, in maniera opportuna, una differenza di potenziale fra i due strati e, poiché la superficie rivolta verso l’utente dello strato più esterno è flessibile, il tocco dell’utilizzatore fa sì che i due pannelli vengano a contatto in un punto. Ciò si traduce nella chiusura di un circuito elettrico i cui dati caratteristici permettono di effettuare la misurazione.

acwe

 

 

Al momento del contatto fra le membrane si realizza un circuito caratterizzato da valori di grandezze elettriche univoci, diversi cioè per ogni punto dello schermo. L’interfaccia elettronica raccoglie un primo valore analogico di tensione, proporzionale alla coordinata orizzontale, e successivamente un secondo, proporzionale a quella verticale. Dall’analisi dei valori rilevati si può risalire univocamente alla posizione dell’area dello schermo che è stata premuta.

L’attivazione dello schermo avviene mediante pressione sul dispositivo, ciò consente di utilizzare i touch screen resistivi a mani nude, se si indossano guanti o tramite penne o qualsiasi altro oggetto capace di imprimere forza sul display.

Touch screen capacitivi

A differenza dei pannelli basati su tecnologia resistiva, la tecnologia capacitiva è priva di parti in movimento, caratteristica che la rende costruttivamente più affidabile. Inoltre, mentre il rilevamento del tocco basato su tecnologia resistiva necessita di due rivestimenti conduttivi, i pannelli capacitivi utilizzano un solo strato conduttivo, protetto da una sottilissima copertura di vetro.

Il principio di funzionamento è il seguente: ai quattro angoli della lamina di ossido conduttivo viene applicata una tensione opportuna, così da generare un campo elettrico uniforme sulla superficie stessa. La tecnologia capacitiva consente di rilevare la posizione in cui è stato toccato uno schermo tattile monitorando i valori di capacità elettrica (o capacitanza) che si registrano al variare della distanza relativa fra due parti conduttive. L’avvicinamento del dito allo schermo, infatti, altera il valore del campo elettrico: il dito dell’utilizzatore costituisce l’armatura di un condensatore, connessa a terra, lo strato conduttivo l’altra armatura, mentre lo strato di vetro funziona da dielettrico. Questa configurazione consente il passaggio di una piccola quantità di corrente, il cui effetto si manifesta nei circuiti agli angoli del substrato sotto forma di oscillazioni dei valori di frequenza ed è percepito dall’elettronica di controllo.

ascasc

Il dispositivo funziona a mani nude o tramite penne apposite, ma non può essere attivato tramite oggetti elettrostaticamente scarichi (come penne o tessere di plastica) né indossando guanti.

 

Differenze

 

Visibilità in ambienti interni

  • Resistivo: ottima
  • Capacitivo: ottima

 

Visibilità in ambienti esterni

  • Resistivo: povera, lo strato extra riflette troppo la luce ambientale
  • Capacitivo: ottima

 

Sensibilità al tocco

  • Resistivo: la pressione di cui abbiamo bisogno per effettuare il contatto con lo schermo, può essere effettuata con le dita (anche coi guanti), unghie, pennini, etc..
  • Capacitivo: anche il minimo contatto delle vostra dita ricche di elettroni con il display è sufficiente per attivare la capacità di rilevamento. Non funziona con oggetti inanimati, unghie o guanti. Il riconoscimento della scrittura manuale è quindi problematica.

 

Costo

  • Resistivo: economico da utilizzare nel design di un cellulare
  • Capacitivo: decisamente più costoso di schermi resistivi.

 

Robustezza

  • Resistivo: La natura stessa degli schermi resistivi denota che il loro strato superiore è morbido, soffice abbastanza per premere verso il basso. Questo rende vulnerabile lo schermo a graffi e altri danni minori. Uno schermo resistivo richiede frequenti calibrazioni. Tuttavia, uno strato resistivo sullo schermo di plastica fa in modo che questi dispositivi, già robusti, non si rompano con una caduta.
  • Capacitivo: Essendo di vetro può essere utilizzato come strato esterno. Anche se non invulnerabile (e certamente inclini a rottura agli impatti più forti), il vetro è più resistente a graffi e imperfezioni.

 

illusione ottica di irradiazione

illusione di irradiazione

I ricercatori del Department of Biological and Visual Sciences presso la State University di New York hanno individuato i meccanismi percettivi che sarebbero all’origine di questo fenomeno (illusione di Galileio),  per la quale un oggetto, a parità di dimensioni, sembra più grande quando è bianco su fondo nero, pubblicando i risultati del proprio lavoro in un articolo della rivista PNAS.

Osservando i pianeti, Galileo notò che il loro aspetto dipendeva a seconda se si guardasse con occhio nudo o con un telescopio. Visti direttamente, alcuni pianeti più piccoli e luminosi sembravano più grandi di altri che nella realtà sono più grandi e più scuri: un’illusione per la quale Venere a occhio nudo sembra più grande di Giove.

Uno studio ha individuato nella nostra rete neuronale la ragione per cui guardiamo in maniera differente qualcosa di chiaro
o qualcosa di scuro: sostanzialmente, sono state rilevate delle differenze all’interno dei canali che collegano la retina al talamo –
che per intenderci portano lo stimolo visivo dall’occhio al cervello – e tali differenze sarebbero responsabili della percezione
non identica degli stimoli luminosi o non luminosi. Nell’analizzare le reazioni delle cellule del sistema visivo a input di diversa entità
luminosa, i ricercatori hanno riscontrato come lo stimolo scuro porti l’occhio a concentrarsi e a registrare con maggiore precisione,
con una risoluzione più alta diremmo, i dettagli di quanto guardato. Viceversa, uno stimolo luminoso tende a produrre una risposta “esagerata”
che confonde, facendo così apparire l’oggetto più grande.

FIBRA DI CERAMICA

FIBRE DI CERAMICA

La peculiarità dei materiali ceramici dà origine a molte applicazioni nel campo dell ingegneria dei materiali, ingegneria elettrica, ingegneria chimica e meccanica. Dato che le ceramiche sono resistenti al calore, possono essere utilizzate per molti compiti ai quali i materiali come il metallo e i polimeri non sono adatti. I materiali ceramici sono utilizzati in una vasta gamma di settori, compresa l’industria aerospaziale, la medicina, la raffineria, l’industria alimentare, l’industria chimica, la scienza dell’imballaggio, l’elettronica, l’energia elettrica industriale e di trasmissione e la trasmissione di onde luminose guidate.

Le fibre ceramiche rappresentano una delle espressioni tecnologicamente più avanzate nel settore dei materiali isolanti e refrattari.

Fa parte degli alluminosilicati, ovvero un silicato nel quale alcuni atomi si silicio sono sostituiti da atomi di alluminio. I silicati sono i minerali più diffusi sulla Terra (costituiscono, nelle diverse forme in cui si presentano – rocce magmatiche, sedimentarie, metamorfiche – più del 90% della crosta terrestre).

I materiali in fibre di ceramica si distinguono dai refrattari tradizionali per alcune caratteristiche principali, quali: l’estrema leggerezza, il bassissimo coefficiente di conducibilità termica, il limitato assorbimento di calore e l’assoluta insensibilità allo sbalzo termico.
L’eccezionale resistenza alla temperatura consente alla temperatura di arrivare al di sopra dei 1.000°C, con punte fino a 2.000°C. In funzione di ciò trovano impiego in nicchie altamente specialistiche nei settori.
Tra i molteplici campi di applicazione ricordiamo: il riempimento di giunti nelle murature refrattarie, il riempimento ed imbottitura ad alta temperatura, guarnizioni di isolamento degli assi dei rulli nei forni ceramici, volumi contorti, camere di combustione caldaie, pezzi speciali di rivestimenti di forni, coni e pezzi diversi per alluminio, isolamento termico per coperchi di siviera, rivestimento di forni industriali, isolamento acustico ad alta temperatura, raffreddamento controllato dei pezzi di fonderia, protezione contro l’incendio (porte, serrande, giunti tagliafuoco), ecc.

Le fibre ceramiche sono disponibili in:
– MATERASSINI
– CARTA
– PANNELLI SOTTOVUOTO RIGIDI

Prodotti tessili in fibra ceramica

I prodotti tessili in ceramica sono realizzati con fili Cardati da Fibra Ceramica e da una piccola percentuale di fibra organica di supporto, necessaria in fase di produzione del filo. Per garantire una buona resistenza meccanica anche alle alte temperature, i fili di ceramica sono rinforzati con filo in acciaio Inox al nichel- cromo ( per 1100 gradi centigradi) oppure vetro ( per 650 gradi centigradi).

Componenti base della fibra ceramica:

SiO2 (silice): 50 – 60%

AI2O3 (zaffiro): 30-50%

Na2O- H2O (idrossido di sodio): 0,1%

Fe2O3 (ossido ferrico): 0,04 %

fibra di ceramicatessuto fibra di ceramica