Quali sono gli svantaggi e i vantaggi dei materiali ceramici?

Table Of Content

• What disadvantages and advantages do ceramic materials have?
  • Introduzione
  • 1. DEFINIZIONE
  • 2. PROPRIETÀ
  • 3. VANTAGGI E SVANTAGGI

What disadvantages and advantages do ceramic materials have?

Introduzione

Forse a un certo punto avete sentito il termine "ceramica", ad esempio a scuola quando l'insegnante di storia spiegava le forme della ceramica realizzata dalle culture pre-Inca o quando pensavate ai vasi per i fiori, sapendo solo che erano oggetti fragili. Tuttavia, il termine "ceramica" è molto più complesso e comprende altri tipi di materiali come piastrelle, vetro, materiali refrattari, ecc. In questo testo, verranno spiegati i fondamenti chimici di alcuni aspetti dei materiali ceramici utilizzati e sfruttati in diverse attività, inclusi oggetti utili nella vita quotidiana.

1. DEFINIZIONE

I materiali ceramici sono solidi inorganici formati da elementi metallici e non metallici legati principalmente da legami ionici e/o covalenti, alcuni dei quali sono stati esposti ad alte temperature per raggiungere una struttura dura, non combustibile e non ossidabile. I materiali ceramici possono essere cristallini, non cristallini o vetroceramici (una combinazione di entrambi, come menzionato sopra).

2. PROPRIETÀ

Proprietà meccaniche: A temperatura ambiente, sono duri e fragili a causa del tipo di legame (ionico/covalente) tra gli atomi che li compongono. Inoltre, ad alte temperature, sono deformabili poiché i bordi dei grani possono scorrere.

Proprietà magnetiche: In generale, i materiali ceramici non presentano queste proprietà, ad eccezione di due, ferriti e granati (chiamati anche ceramiche ferromagnetiche).

Proprietà elettriche: La stragrande maggioranza dei materiali ceramici è un isolante elettrico, poiché presenta un'elevata rigidità dielettrica e una bassa costante dielettrica. Altre ceramiche presentano altre proprietà dielettriche, come la facilità di polarizzazione.

Proprietà termiche: Quasi tutti i materiali ceramici hanno una bassa conduttività termica a causa dei loro forti legami (ionici/covalenti). La differenza di energia tra la banda di covalenza e la banda di conduzione in questi materiali è troppo grande perché gli elettroni vengano eccitati verso la banda di conduzione, per questo motivo sono buoni isolanti termici.

3. VANTAGGI E SVANTAGGI

Come accennato in precedenza, i materiali ceramici sono caratterizzati da forti legami ionici e/o covalenti tra i loro atomi, che consentono loro di avere un'elevata durezza, oltre a essere buoni isolanti termici ed elettrici, poiché i loro forti legami rendono difficile il libero movimento degli elettroni, quindi la loro conduttività elettrica e termica è limitata. Questo, a sua volta, fa sì che i materiali ceramici abbiano punti di fusione elevati, poiché sono necessari elevati apporti di calore per rompere i loro legami.

D'altra parte, i materiali ceramici hanno una buona stabilità chimica, che consente loro di essere resistenti ad agenti aggressivi come quelli presenti nel processo di ossidazione. Inoltre, poiché la maggior parte delle ceramiche è composta da elementi metallici e non metallici, possono essere considerati materiali pre-corrosi, quindi saranno resistenti ai componenti corrosivi.

Tuttavia, questo tipo di materiale presenta alcuni svantaggi come la fragilità, ovvero la tendenza a rompersi facilmente, poiché non è possibile spostare gli atomi senza generare una rottura nelle loro unioni. Di conseguenza, non possono essere facilmente deformati plasticamente (sono meno duttili), il che limita la loro capacità di resistere a carichi di trazione (scarsa tenacità).

In sintesi, la seguente tabella mostra i principali vantaggi e svantaggi: