I materiali ceramici

Definizione di minerale
Definizione di roccia
Origine dell’argilla
Composizione chimica e struttura dell’argilla
Le proprietà dell’argilla
Composizione degli impasti ceramici
Ciclo produttivo dei materiali ceramici:
Preparazione dell’impasto
Foggiatura
Trasformazioni chimico-fisiche dei prodotti ceramici in seguito alla cottura
Rivestimenti ceramici
Il colore della ceramica
I colori ceramici
Teoria del colore
Lustri metallici
Riflessi metallici ai resinati
Salatura
Tipi di ceramiche
.Ceramiche a pasta porosa
Laterizi
Faenza
Terraglia
Ceramiche a pasta compatta
Gres
Monocottura
Porcellane
Ceramiche speciali
Bibliografia
Sitografia

Definizione di minerale

Si definisce minerale una sostanza pura, omogenea, normalmente solida o cristallina, formatasi spontaneamente in natura e presente nella litosfera, cioè l'involucro più esterno della crosta terrestre, in piccoli giacimenti. Il minerale può essere un elemento nativo (oro, rame, zolfo ecc.) o un composto chimico (ad esempio pirite: FeS2, salgemma: NaCl ).

Definizione di roccia

Si definisce roccia una sostanza non pura, di struttura amorfa o microcristallina, formatasi naturalmente ed ottenuta dall'aggregazione di vari minerali, presente nella litosfera in grossi giacimenti. Un esempio di roccia è il granito composto dai minerali quarzo, mica e ortoclasio.

Origine dell’argilla

Componente fondamentale delle ceramiche è l’argilla.
L’argilla è una roccia che deriva dalla frantumazione e decomposizione delle rocce feldspatiche, durante milioni di anni, per effetto degli agenti atmosferici.
Le argille, in base all’origine, sono distinte in sedimentarie e statiche. Le sedimentarie si sono formate attraverso spostamenti, dovuti al vento, all’acqua, al movimento dei ghiacciai. Durante questi spostamenti si sono arricchite di minerali e sostanze organiche. Per questo motivo queste argille sono impure, plastiche e colorate. Le argille statiche si sono formate dalla decomposizione delle rocce, nel luogo della loro formazione; risultano più pure, sono di grana grossolana e meno plastiche. A questa categoria appartengono le argille bianche e il caolino.
Le argille sedimentarie si distinguono in argille

• ferruginose,
• calcaree,
• silicee

Le argille ferruginose contengono un’alta percentuale di ferro (dal 3 al 15%), il calcare è assente o in quantità trascurabile. Il punto di cottura ottimale è a 850-950 °C; sono di colore rosso, rosso-bruno, rosato. Alla temperatura di 1050-1100 °C vetrificano deformandosi e quindi fondono. Il punto di fusione è molto prossimo a quello di vetrificazione. Sono le argille più diffuse nella produzione di ceramica popolare (terrecotte verniciate).
Le argille calcaree contengono percentuali variabili dal 6 al 40 % di calcare (carbonato di calcio) e basse quantità di ferro. Cuociono a 900-1000 °C e sono di colore giallo, giallo-rosato, giallo-ocra. Vetrificano a bassa temperatura (1100-1150 °C) e il punto di fusione è molto prossimo a quello di vetrificazione. Se le percentuali di calcare sono molto alte (30-40 %), l’argilla risulta poco plastica e quindi viene mischiata con argille ferruginose. Gli oggetti prodotti con questo impasto argilloso sono idonei ad essere rivestiti da uno smalto stannifero.
Le argille silicee sono ricche di sabbie silicee e generalmente si depositano lungo gli alvei dei fiumi. Sono un tipo di argilla adatto alla produzione di pentole e tegami, in quanto l’alta percentuale di sabbia silicea favorisce l’elasticità agli sbalzi di temperatura del corpo dell’oggetto sottoposto all’azione del fuoco. Esse contengono anche quantità variabili di calcio e ferro e, a seconda della quantità dell’uno e dell’altro elemento, assumono colorazione bruna, rossastra o giallo-ocra. Cuociono a 850-900 °C. Sono usate per correggere le argille troppo plastiche.

Caolino Il nome di questa argilla deriva dal cinese Kao-Ling (Kao= alto, Ling= collina), prende quindi il nome dalle colline da cui veniva ricavata. Nel 1700 giunse in Europa dove furono fatte le prime prove per ottenere la porcellana di tipo cinese; più tardi furono ritrovati dei giacimenti in Inghilterra, Germania, Boemia, Francia e Italia.
Il caolino è bianco sia prima che dopo la cottura; fonde ad altissima temperatura, intorno ai 1700 °C; è parte indispensabile degli impasti bianchi e per porcellana. E’ utilizzato nella formazione dello smalto perché è ricco di allumina e silice. Per renderlo più plastico ed abbassare il suo punto di cottura, viene mischiato con  argille bianche (ball clay) e con fondenti, come i feldspati e i calcari.

Composizione chimica e struttura dell’argilla

I minerali argillosi sono silicati idrati di alluminio lievemente diversi, sia per la struttura che per la composizione chimica. I più comuni sono: la caolinite, la montmorillonite e l’illite. Tutti hanno in comune la struttura a strati sovrapposti essendo fillosilicati, cioè dei silicati a fogli.
Si può considerare come esempio la struttura della caolinite avente formula: Al2O3· 2SiO2 ·2H2O. In essa uno strato (foglietto) è costituito da tetraedri nei quali il silicio occupa la parte centrale. Ogni tetraedro è legato ad altri tre su di un piano lasciando libera una valenza dell’ossigeno da una parte del foglietto.
Il secondo foglietto è costituito da ottaedri nei quali l’alluminio occupa il centro.
I due ossigeni liberi di questa struttura sono messi in comune con i tetraedri di silicio in modo da formare una struttura piuttosto compatta. Tale struttura stratificata si ripete regolarmente.
Nelle argille sono spesso presenti anche quantità variabili di sabbia, derivate dai resti inalterabili delle rocce originarie, come quarzo, miche, ecc. e altri minerali detti accessori, come ossidi di ferro, carbonato di calcio, gesso ecc.

Le proprietà dell’argilla

La proprietà più importante è la plasticità dopo opportuna bagnatura con acqua. Essa è causata dalla struttura lamellare dei minerali argillosi e dai legami superficiali che si instaurano tra i vari stati di particelle, nei quali penetra l’acqua che, creando dei cuscini, permette agli strati di slittare gli uni sugli altri. La capacità dell’argilla di idratarsi è legata al fatto che nel caolino restano in posizione esterna alla struttura gruppi O2- e OH- Questi sono in grado di attrarre le molecole di dipolari dell’acqua e formare legami ione-dipolo piuttosto stabili.
Questa proprietà si evidenzia solo quando l’argilla è miscelata con acqua nel giusto rapporto. In eccesso di acqua la miscela è troppo fluida, in difetto non è lavorabile. L’intervallo ottimale è attorno al 25% in acqua.
In base alla plasticità le argille si distinguono in argille ricche di caolino dette “grasse”, perché sono capaci di assorbire molta acqua e acquistare notevole plasticità e argille invece ricche di materiali silicei, dette “magre”, perché non sono capaci di trattenere molta acqua e di essere plasmate.
Un’altra caratteristica importante è l’impermeabilità: essa è dovuta all’azione protettiva dello strato superficiale che, imbibendosi di acqua, ne impedisce la diffusione agli strati interni.
Una caratteristica termica è la refrattarietà, cioè la capacità di resistere a temperature elevate senza deformarsi. Il caolino ad esempio fonde a 1700 °C.
Si ha poi una buona resistenza meccanica quando l’argilla è essiccata: essa è dovuta ai legami tra le particelle che, essendo di dimensioni ridottissime, hanno superfici di interazione elevate in rapporto al volume.

Composizione degli impasti ceramici

Tre elementi sono fondamentali nella preparazione di un impasto ceramico:
gli elementi plastici, quelli magri o digrassanti e quelli fondenti.

• Elementi plastici: sono le argille e i caolini. L’eccessiva plasticità di un’argilla provoca fenditure nell’oggetto durante l’essiccazione.
• Elementi magri o digrassanti: sono la silice, la sabbia, rottami macinati di terracotta (chamotte) e le argille silicee. Sono aggiunti per ridurre l’eccessiva plasticità di alcune argille, per rendere il corpo dell’argilla più poroso, per ridurre il ritiro dell’oggetto ceramico durante la cottura e rendere il manufatto più solido e resistente.
• Elementi fondenti: sono i feldspati, le miche, il calcare, i fosfati e le argille fusibili, ferrose e calcaree. La loro funzione è quella di aumentare la resistenza e la durezza del manufatto, provocando durante la cottura la formazione della fase vetrosa all’interno dei materiali ceramici.

Ciclo produttivo dei materiali ceramici:

Preparazione dell’impasto

Gli elementi dell’impasto, dopo essere stati macinati in appositi mulini, passano in mescolatori meccanici dove sono impastati con acqua ed omogeneizzati. L’eccesso di acqua viene poi eliminato per filtrazione.

Foggiatura

Tramite la foggiatura si dà all’impasto la forma voluta. La foggiatura artigianale, effettuata a mano, si ottiene con il tornio. I metodi industriali sono invece quelli di: trafilatura, stampaggio e colaggio.

• La trafilatura è usata per pezzi di forma semplice come mattoni, tegole e coppi, ecc. Consiste nel pressare l’impasto di argilla contro una filiera con un foro tale da impartire alla pasta un profilo determinato e continuo. Una taglierina tronca alla lunghezza voluta il manufatto.
• Lo stampaggio si usa sopratutto per la produzione di piatti, tazze, vassoi. Con questo metodo la pasta semimolle viene compressa in stampi di gesso formati da più pezzi, che riproducono, in negativo, la forma desiderata. Con la pressione, l’acqua contenuta nella pasta va via da appositi sfiati, mentre l’acqua viene assorbita, in parte, dal gesso dello stampo. Si ha così la contrazione del volume del manufatto che ne facilita il distacco dallo stampo.
• Il colaggio si usa per ottenere oggetti di forma complessa e spessore sottilissimo. Per questo metodo è necessario utilizzare una pasta ceramica molto fluida (barbotina) ottenuta sciogliendo l’argilla in molta acqua. La barbotina viene colata in stampi di gesso apribili fino a riempirli completamente. Il gesso assorbe l’acqua e la poltiglia solidifica sulle pareti dello stampo. Più tempo si lascia la barbotina nello stampo, maggiore è lo spessore della ceramica che si ottiene. Alla fine si rovescia lo stampo, versando la barbotina che non si é solidificata. Si lascia poi essiccare il manufatto e si estrae grazie all’apertura dello stampo e alla contrazione di volume della pasta solidificata. Con questo sistema si possono ottenere porcellane sottilissime, anche con forme molto complesse.

Alla foggiatura segue l’essiccazione. Gli oggetti devono perdere gradualmente l’acqua di impasto, così da poter essere cotti senza che si formino crepe o porosità dovute alla troppo veloce vaporizzazione dell’acqua. L’essiccazione si effettua mantenendo gli oggetti foggiati a temperature variabili tra gli 80 e i 120 °C, per tempi correlati alla grandezza e alla forma dei prodotti.
La cottura si ottiene introducendo gli oggetti in appositi forni dove vengono sottoposti a temperature variabili, dagli 800 ai 1500 °C.
Dopo la cottura si passa alla rifinitura dei prodotti ceramici che consiste nell’invetriamento e nella decorazione del manufatto. A questo trattamento non sono sottoposti i laterizi, le terrecotte e quelle ceramiche che non prevedono la smaltatura e l’invetriamento.

Trasformazioni chimico-fisiche dei prodotti ceramici in seguito alla cottura

 

La cottura per i prodotti ceramici è fondamentale poiché modifica profondamente la struttura delle materie prime trasformandole in un materiale duro, compatto e molto resistente. Queste trasformazioni avvengono gradatamente partendo dai 100-120 °C fino ad arrivare ai 1400-1500 °C che è la temperatura di cottura delle porcellane dure.
Cominciando il riscaldamento a 120°C si ha la perdita dell’acqua d’impasto residua (che non è stata eliminata durante l’essiccazione). Si ha la diminuzione del peso del manufatto senza che cambi la forma dell’oggetto.
Tra 350°C e 650°C le sostanze organiche, eventualmente presenti, subiscono la combustione e vengono degradate a CO2 + H2O
A partire da 450 °C si ha la perdita dell’acqua di idratazione, cioè dell’acqua chimicamente legata. Il caolino si trasforma in metacaolinite:

Al2O3 2SiO2 2H2O --> Al2O3 2SiO2 + 2H2O

Spariscono dal manufatto gli ossidrili che costituiscono il punto di attacco per i dipoli dell’acqua, perciò l’argilla non può assorbire acqua e perde la sua plasticità. Durante questa fase si ha ritiro dell’1% circa. A 800 °C si decompongono gli altri sali come i carbonati, spesso presenti nell’argilla.

CaCO3 --> CaO + CO2­
K2CO3 --> K2O + CO2­

L’emissione di CO2 e H2O provoca la porosità dei prodotti cotti a questa temperatura (terrecotte). Contemporaneamente gli ossidi metallici liberatisi reagiscono con SiO2 e Al2O3 formando silicati bassofondenti.
A 1000 °C comincia la sinterizzazione dovuta alla fusione dei silicati bassofondenti che saldano i grani di silice e allumina facendo diminuire la porosità. Si osserva un ritiro del prodotto ceramico del 2-4%.
Sopra 1000°C i silico-alluminati iniziano a rammollirsi e a fondere formando un vetro (vetrificazione). A 1400 °C la massa vetrosa risulta ben distribuita ed omogenea ed impartisce al manufatto elevata durezza. A questa temperatura si cuociono i prodotti ceramici di maggior pregio come le porcellane e le ceramiche dure.
La temperatura finale determina le proprietà del manufatto ceramico ed in particolare, si nota che, al crescere della temperatura

• la porosità diminuisce, rendendo il materiale più lucido,
• l’impermeabilità aumenta,
• la vetrificazione, cioè il passaggio ad una struttura vetrosa, aumenta,
• la resistenza meccanica aumenta,
• il volume diminuisce a seguito della contrazione delle particelle.

I due punti critici della cottura sono la temperatura e l’atmosfera.
Per quanto riguarda la temperatura, si è visto che al suo aumentare, si ottengono manufatti dalle caratteristiche diverse, sia in termini tecnologici, sia in termini cromatici.
Con atmosfera di cottura si intende per lo più la presenza o assenza di specie ossidanti quali l’ossigeno. L’effetto dell’ossigeno, presente nell’aria per un terzo del totale, è quello di ossidare le sostanze minerali presenti nel minerale argilloso e di degradare il materiale organico eventualmente presente fino a eliminarlo

C + O2 --> CO2
Fe2+ + O2 --> Fe3+

In atmosfera ricca di aria (o ossidante) si ha quindi lo sviluppo del colore rosso dovuto al Fe3+; in atmosfera povera di ossigeno e ricca di vapore acqueo o monossido di carbonio (CO), un’atmosfera riducente, si ha invece la formazione di colore nero dovuto al Fe2+ e all’incompleta combustione delle sostanze organiche

Fe2O3 + CO --> FeO·Fe2O3 (Magnetite)

Rivestimenti ceramici

 

In molti prodotti ceramici la superficie è ricoperta con un rivestimento che ha lo scopo di migliorare l’aspetto estetico (può servire a dare colore, lucentezza o fornire una base da decorare) o tecnologico (rendere il prodotto impermeabile).
In base alla loro composizione si distinguono i seguenti rivestimenti:

ingobbio: è il tipo di rivestimento più antico. Si tratta di uno strato di argilla diluito applicato a pennello o a immersione quando l’oggetto è allo stato umido o secco. Dopo cottura, su questa base viene eseguita la decorazione con i colori costituiti da ossidi metallici. In seguito l’oggetto è immerso in un bagno di vetrina trasparente, che in cottura, fondendo, fissa i colori e rende il manufatto impermeabile. Il colore naturale dell’ingobbio può essere modificato aggiungendo una percentuale di ossido colorante dal 2 al 10%. I prodotti possono essere ingobbiati, decorati, verniciati e cotti in una sola cottura (monocottura).

Rivestimenti vetrosi.
Sono ottenuti con materiali in grado di fondere e vetrificare. Sono detti vetrine se sono trasparenti o smalti se sono opachi. L’opacità degli smalti è causata dalla presenza di una fitta sospensione di particelle aventi indice di rifrazione diverso da quello della massa vetrosa in cui sono disperse. Le vetrine possono essere neutre o colorate e anche gli smalti possono essere bianchi o colorati.
I rivestimenti vetrosi hanno lo scopo di rendere l’oggetto impermeabile e resistente, essendo generalmente insolubili nella maggior parte dei liquidi e attaccabili solo dagli acidi forti a caldo, dagli alcali fusi o molto concentrati e dall’acido fluoridrico.
Gli smalti e le vetrine sono stese ad umido in strato sottile sull’oggetto e su di esso si fissano per azione del calore che ne provoca la fusione.
Il requisito fondamentale che deve soddisfare un rivestimento vetroso per essere applicato è la compatibilità del coefficiente di espansione. Il corpo ceramico tende a contrarsi durante la cottura; lo stesso fenomeno si ha per il rivestimento, che deve però contrarsi in maniera corretta: non troppo per non frammentarsi contro il corpo ceramico, e non troppo poco per evitare di accartocciarsi su esso. L’ideale è che il rivestimento si contragga leggermente di più rispetto al corpo ceramico, in modo che faccia presa e garantisca un’adesione ottimale

I componenti che costituiscono uno smalto sono:

• Elementi fondenti: piombo (utilizzato sotto forma di carbonato di piombo, minio (Pb3O4), galena (PbS)), ossidi  di sodio, calcio, magnesio, bario e zinco, acido borico, carbonato di calcio e magnesio. A seconda della loro natura, quantità, temperatura di fusione determinano il punto di fusione di uno smalto. A seconda della temperatura di fusione si distinguono in:
• fondenti per basse temperature (850 – 1000 °C) contengono piombo, ossido di sodio e di potassio, acido borico;
• fondenti per medie e alte temperature (1100-1400 °c) contengono carbonato di calcio, di magnesio, polvere di marmo, feldspato.
• Elementi refrattari od opacizzanti: Gli elementi refrattari rendono resistente la struttura di uno smalto e ne aumentano la viscosità. L’elemento refrattario più economico è l’allumina (Al2O3) che viene utilizzata sotto forma di argilla comune o caolino. Ottimi opacizzanti sono lo stagno, lo zinco e lo zirconio utilizzati sotto forma di ossidi
• Elementi vetrosi sono silice, quarzo e feldspato.

Le vetrine hanno la medesima composizione degli smalti ma non contengono opacizzanti.
Per ottenere vetrine e smalti colorati si aggiungono ossidi metallici (dal 2 al 10%), come ad esempio, l’ossido di cobalto per gli azzurri e il blu, l’ossido di cromo o rame per i verdi, l’ossido di ferro per i bruni, i gialli e i rossi, l’ossido di manganese per i bruni e il nero, ecc.
I colori variano non solo in base all’elemento metallico, ma anche al tipo di atmosfera (ossidante o riducente) in fase di cottura.

Il colore della ceramica

Il colore del prodotto ceramico è legato sia alle condizioni di cottura, sia all’introduzione intenzionale di pigmenti nell’impasto, sia all’applicazione di rivestimenti colorati o decorazioni.
La cottura influenza il colore finale a seconda che le condizioni siano ossidanti o riducenti: nel primo caso si avrà lo sviluppo del rosso-arancio dovuto al Fe3+, nel secondo prevarrà il nero-grigio dovuto al Fe2+ e al carbone. In presenza di calcio e a temperature di almeno 1100°C si può avere un colore giallo-crema; a temperature ancora più alte si ottiene il bianco della porcellana.
Se si vuole impartire al manufatto un colore intenzionale, è possibile addizionare all’impasto sostanze pigmentate quali ocre o altri ossidi che siano in grado di non degradarsi in fase di cottura.
L’applicazione di rivestimenti dà la possibilità di avere il colore desiderato, o di avere una base su cui applicare in un secondo tempo un pigmento. Nel primo caso si aggiunge alla miscela argillosa o vetrosa, che compone il rivestimento, un pigmento che sia stabile alla cottura del rivestimento.

I colori ceramici

I colori ceramici si distinguono in

• Colori sotto vetrina o a grande fuoco detti anche colori sotto smalto
• Colori a terzo fuoco o piccolo fuoco detti anche colori sopra smalto
• Colori a riverbero.

Tutti contengono pigmenti ceramici che sono materiali che rimangono insolubili nella vetrina sia a caldo che a freddo. Quando la vetrina fonde ingloba i granuli di pigmento colorato che rendono la superficie colorata ma non trasparente.

I pigmenti ceramici possono essere ossidi puri di un solo metallo es Fe2O3, Cr2O3, TiO2, solfuri a base di Cd, Zn, Se oppure ossidi misti classificati in base alla struttura cristallina. Gli ossidi misti sono distinti nelle seguenti famiglie:

     Rutilo Si tratta di pigmenti che hanno come base il biossido di titanio in forma di rutilo, nel cui reticolo sono incorporati altri ossidi metallici, ad esempio ossido di nichel, ossido di cromo (III), ossido manganse o di vanadio (III). Esempio: Giallo nichel antimonio titanio avente formula (Ti,Ni,Sb)O2
Spinelli Il composto avente formula MgAl2O4 è denominato spinello. Sostituendo in parte gli ioni di questo composto con Co, Ni, Zn, Fe, Cu, Mn, Cr, Ti, Sn in percentuali diverse e mantenendo la struttura cristallina dello spinello, si ottiene il più vasto gruppo di colori ceramici. Ad esempio: blu cobalto CoAlO4, verde cobalto cromite CoCr2O4.
     Zirconio Fe, V, Pr e Cd o altri elementi entrano nel cristallo di silicato di zirconio (ZrSiO4). Ad esempio rosa zirconio ferro (Zr,Fe)SiO4.
La maggior parte dei pigmenti è prodotta per calcinazione ad alta temperatura di miscele di polveri inorganiche molto fini, come carbonati, silicati, ossidi ecc. di composti metallici colorati e composti incolori.

 

I colori sotto vetrina o a grande fuoco sono formati da un pigmento e da un accordo, cioè una sostanza che serva a fissare il pigmento colorato al supporto. Gli accordi più impiegati sono il feldspato, al criolite (Na3AlF6) e miscele di caolino con vetrine particolari. Questi colori si impastano con acqua, si stendono sul biscotto o l’oggetto crudo, si applica poi la vetrina e si cuoce l’oggetto ad alta temperatura (1000-1250 °C). La decorazione risultante resiste all’usura e all’attacco chimico (per esempio della lavastoviglie).
I colori a terzo fuoco sono costituiti dal pigmento e da un fondente dispersi in un veicolo oleoresinoso (ad esempio trementina). Si stendono sull’oggetto già vetrinato, che poi si ricuoce a bassa temperatura (al di sotto dei 1000 °C). Durante la cottura le sostanze organiche che costituiscono il veicolo bruciano e i colori ceramici fondendo reagiscono con la superficie formando un corpo unico con essa. La gamma dei colori sopra vetrina è molto più ricca e bella di quella sotto vetrina, in quanto alcuni pigmenti non possono essere utilizzati nei colori sotto vetrina perché cambiano di colore o si rovinano se sono portati alle temperature elevate utilizzate per la decorazione sotto smalto.

Teoria del colore

I composti contenti metalli di transizione sono frequentemente colorati, in quanto, nelle strutture elettroniche di questi metalli, vi sono orbitali con livelli di energia sufficientemente vicini da consentire transizioni elettroniche nel campo delle energie delle radiazioni visibili. All’assorbimento di tali radiazioni corrisponde la colorazione del composto nel colore complementare di quello della radiazione assorbita.

Lustri metallici

I lustri si ottengono applicando preparati a base di sali o ossidi metallici sulla superficie già smaltata e quindi sottoponendo l’oggetto ad una terza cottura in atmosfera riducente. In questo modo viene operata la riduzione dell’elemento metallico, presente nei composti, a metallo libero, che si dispone sulla superficie del prodotto ceramico sotto forma di scaglie.
Si ottengono, in questo modo, strati molto sottili e intensamente colorati con spessore dello stesso ordine di grandezza della lunghezza della luce visibile. Interferenza e riflettanza luminosa producono effetti di luccichio e iridescenze di colore.
I metalli più utilizzati sono l’argento, il rame, l’oro.
Il colore dipende dal tipo di ossido o sale utilizzato e anche il tempo necessario in atmosfera riducente per sviluppare i lustri, varia da metallo a metallo. Nell’argento per esempio, si sviluppano prima che nel rame (diversa tendenza degli ioni metallici alla riduzione, potenziale redox).

Riflessi metallici ai resinati

I riflessi sono composti da sali o da ossidi metallici mischiati con resine, queste ultime, durante la cottura, si decompongono determinando la riduzione degli ossidi a metalli. Come per i lustri ciò determina lo svilupparsi di iridescenze e riflessi di vario colore sulla superficie dell’oggetto ceramico. I riflessi si applicano sugli oggetti già smaltati e cotti, e quindi per ottenerli è necessaria una terza cottura alla temperatura di 600-650 °C.

Salatura

Si ottiene introducendo nel forno del cloruro di sodio o del carbonato di sodio. Ad elevata temperatura i sali di sodio si vaporizzano e il sodio reagendo con la silice della ceramica forma il silicato di sodio (Na2SiO3) lucido, di aspetto vetroso, impermeabile e resistente agli agenti chimici e si viene così a creare uno strato di vetrina sugli oggetti ceramici. A questo scopo viene, ad esempio, utilizzata nella produzione dei gres chimici. Se la salatura viene condotta a temperature basse, il sale interagisce con gli ossidi e dà particolari effetti cromatici.

Tipi di ceramiche

Le ceramiche si classificano in base alla loro struttura in: ceramiche a pasta porosa, ceramiche a pasta compatta e ceramiche speciali.
Le ceramiche a pasta porosa sono ottenute da argille impure, cotte a temperature inferiori ai 1000 °C o comunque al di sotto della temperatura di sinterizzazione o vetrificazione. Sono perciò porose, assorbono l’umidità, vengono scalfite da una lama d’acciaio ed hanno frattura granulosa. Sono normalmente di colore rosso mattone o giallo-ocra. Le più comuni sono: laterizi, terrecotte, maioliche, faenze e terraglie.

Le ceramiche a pasta compatta sono prodotte con materiali di maggior pregio: caolino, silice, feldspati ecc. e sono cotte ad una temperatura superiore a quella di sinterizzazione. Sono perciò compatte, dure e non assorbono l’umidità. Sono normalmente di colore bianco-traslucido o giallastre. Le più comuni sono il gres, la monocottura e le porcellane.

Le ceramiche speciali sono prodotte con materiali puri, spesso molto diversi dalle comuni argille come ad esempio i refrattari.

Ceramiche a pasta porosa

Laterizi

Le più comuni ceramiche a pasta porosa sono i laterizi. Questi si preparano impastando argilla comune fusibile (in altre parole un'argilla avente punto di fusione inferiore a 1200 °C.) con acqua. La foggiatura di questi prodotti avviene per estrusione, nel caso in cui si vogliano produrre mattoni, coppi, ecc. o per stampo quando si foggiano tegole o scalini.

Terracotta
Materiale poroso e colorato ottenuto dalla cottura di argille contenenti minerali di ferro, a livelli termici in genere al di sotto dei 1000°C. Il materiale cotto assume una colorazione rossa in presenza di un'atmosfera ossidante; l'eventuale presenza di calcio e la sua reazione con il ferro fanno virare il colore verso tonalità giallastre. Un'atmosfera riducente porta all'ottenimento di colorazioni grigiastre più o meno scure. Non sono né smaltate né verniciate e sono utilizzate per produrre orci per olio, vasi di fiori, vasellame in genere.

Faenza

Prodotto ceramico a impasto poroso, bianco o colorato, con rivestimento vetroso. E’ cotto una prima volta a 900 °C e, dopo verniciatura a 1000 °C per fissare la vetrina. Le ceramiche così denominate sono spesso decorate con disegni eseguiti a mano e perciò, anche se sono prodotte con materie prime di poco conto, sono pregiate e spesso ricercate.
Maiolica
E’ una tipologia di ceramica ad impasto poroso, colorato, raffinato ed avente, quale caratteristica peculiare, la presenza di uno smalto. Nelle maioliche possono essere presenti anche uno strato di ingobbio sotto lo smalto e/o uno strato di vetrina sopra lo smalto. Quest'ultima valorizza gli effetti estetici dello smalto e della decorazione sotto la vetrina. La fabbricazione della maiolica prevede almeno due cotture. La prima, denominata biscottatura, è attualmente eseguita ad una temperatura intorno ai 950°C; la seconda, destinata alla maturazione del rivestimento, è eseguita ad una temperatura leggermente inferiore (circa 920°C). Il nome sembra derivi dall’isola di Maiorca, dove si producevano caratteristiche ceramiche dipinte.
Secondo alcuni autori, le maioliche si distinguono dalle faenze perché mentre le prime sono a pasta rossa e sono ricoperte da smalti ceramici coprenti (bianchi o colorati), le faenze sono prodotte con materiali più puri così da avere una pasta bianca giallognola e sono ricoperte solo da vetrine trasparenti.

Terraglia

Materiale ceramico poroso, fine e di colore bianco, il cui impasto è costituito da una miscela di differenti materie prime. In base alla costituzione dell'impasto, si distinguono la terraglia calcarea, detta anche tenera, e la terraglia feldspatica, detta anche forte; composizioni intermedie sono dette semiforti. L'impasto per terraglia tenera è fondamentalmente costituito da un'argilla plastica, un calcare e una sabbia quarzifera (composizione: 50-30-20 all'incirca); la cottura avviene in due fasi: biscottatura a circa 1000°C e cottura del rivestimento a 900-950°C. La terraglia forte è costituita da un impasto con la seguente costituzione: argilla 55-60%, sabbia quarzifera 25-30%, feldspato 10-15%. Durante la cottura, il feldspato genera una fase fusa che assicura resistenza meccanica all'impasto, riducendone parzialmente la porosità.
I manufatti in terraglia forte sono per lo più impermeabilizzati con una vetrina applicata su biscotto. La biscottatura si effettua a circa 1250°C e la seconda cottura a 1100 - 1150°C.
Con queste ceramiche si producono pirofile, teglie da forno ed altri oggetti resistenti al calore.

Ceramiche a pasta compatta

Gres

E’ una ceramica compatta, pesante, dura. E’ usata per produrre piastrelle e mattonelle perché ha una notevole resistenza meccanica ed é chimicamente inattaccabile. Si distinguono gres naturali e chimici. I gres naturali sono ottenuti da argille fusibili con l’aggiunta di fondenti: ad esempio feldspati. La cottura a 1250-1300 °C non porta alla vetrificazione completa, la pasta è leggermente granulosa e di aspetto rustico. I gres chimici sono simili ai precedenti, ma sono ricoperti da una vetrina di silicato di sodio ottenuta proiettando sugli oggetti incandescenti una nebbia di NaCl fuso.

Monocottura

La monocottura è un prodotto simile alla porcellana, ottenuto dall’impasto di silice caolino e feldspati. Dopo la foggiatura e l’essiccamento è smaltata con smalti coprenti o vernici trasparenti ed è cotta una sola volta a 1000 °C. Con la monocottura si producono oggetti sanitari, mattonelle per pavimenti ad alta usura, vasellame, ecc.
La monocottura è molto pesante, resistente agli urti e agli sbalzi termici.

Porcellane

Sono prodotti ceramici compatti, bianchi, a grana finissima, completamente vetrificata e a volte traslucida. Sono le ceramiche più pregiate, ottenute dal miscuglio di caolino, silice e felspati.
La porcellana viene usualmente suddivisa in porcellana tenera o inglese e porcellana dura o cinese. La prima è ottenuta impastando caolino, ceneri d’ossa e carbonato di calcio (1-2%), come fondenti. E’ cotta a 1300-1350 °C e poi invetriata per immersione. La vetrina è fissata per cottura a 1100 °C. La porcellana dura, è formata da un impasto di caolino, feldspato e quarzo (50:25:25). La prima cottura si effettua a 900-950 °C: La pasta diviene compatta, ma non vetrifica. Dopo il raffreddamento si invetria per immersione e si esegue una seconda cottura a 1450-1500 °C. Per favorire lo sviluppo di un maggior grado di bianco, la cottura della porcellana si effettua con un primo periodo di riscaldamento in atmosfera ossidante, una fase ad elevata temperatura in atmosfera riducente e un processo di raffreddamento in atmosfera pressochè neutra.

Ceramiche speciali

Tra le ceramiche speciali le più comuni sono i refrattari. Sono materiali ceramici, destinati alla produzione di impianti termici, che non si deformano né si rammolliscono per temperatura inferiori a 1580 °C. Trovano impiego nella costruzione di stufe, caminetti, forni fusori per il vetro, convertitori dell’acciaio, ecc.

Si riportano di seguito alcune definizioni relative ai prodotti ceramici

Biscotto
Prodotto semilavorato che ha subìto una prima cottura (biscottatura) in preparazione dell'applicazione del rivestimento. La temperatura di biscottatura può essere inferiore a quella della successiva cottura del rivestimento, come nella lavorazione della porcellana e del gres, oppure superiore, come in genere nella produzione della maiolica. La temperatura di biscottatura è compresa fra 850°C e 1000°C.

Biscuit
Prodotto in porcellana senza rivestimento.

Chamotte
Materiale ceramico privo di rivestimento vetroso, anche di scarto, appositamente macinato oppure cotto direttamente in piccola pezzatura. Viene introdotta negli impasti ceramici con funzioni di sgrassante e inerte.

Bibliografia

C Quaglierini, L. Amorosi CHIMICA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI PER L’ARTE Zanichelli
Nino Caruso CERAMICA VIVA  Hoepli
Maurizio Aceto DISPENSA PER IL CORSO DI CHIMICA ANALITICA PER I BENI CULTURALI

Sitografia

http://server.icvbc.cnr.it/didattica/petrografia/8.htm
 Roberto BUGINI, Luisa FOLLI LEZIONI DI PETROGRAFIA APPLICATA