Materiali ceramici: classificazione e caratteristiche generali

Le ceramiche sono fra i materiali piu' antichi utilizzati dall’uomo, dato che le ceramiche naturali (rocce) sono i costituenti essenziali della crosta terrestre (Silice ed Ossigeno formano SiO₂); oggi con il termine generale di materiali ceramici si indicano tutti i prodotti ottenuti per cottura di composti inorganici e cioe' anche composti vetrosi e refrattari a base di miscele di ossidi metallici; nella maggior parte dei casi, sono composti da metalli e non metalli e presentano tutti i tipi di legami, da quello ionico puro, fino al legame interamente covalente, associati in certi casi a legami metallici o di Van der Walls.

Le composizioni chimiche dei materiali ceramici variano notevolmente: si passa da composti semplici a miscele costituite da molte fasi complesse legate tra di loro. La presenza di legami a carattere fortemente covalente provoca nei ceramici la formazione di strutture polimeriche, che non sono facilmente evidenziabili poiche' non formano molecole isolate come nel caso dei materiali organici. La distinzione tra le strutture polimeriche e quelle che non lo sono avviene con mezzi indiretti, in particolare per mezzo della misura della viscosita' allo stato fuso.

I ceramici hanno una microstruttura complessa che dipende dal processo di fabbricazione; in generale, i materiali ceramici usati in applicazioni tecnologiche possono essere divisi in due gruppi: materiali tradizionali e materiali ceramici avanzati.

Tipicamente, i materiali ceramici tradizionali sono costituiti da tre componenti: argilla, silice e feldspato. Esempi di materiali ceramici tradizionali sono i mattoni e le tegole usati nell’industria edile e la porcellana utilizzata nell’industria elettrica.

I materiali ceramici avanzati, invece, sono tipicamente formati da composti puri o quasi puri quali l’ossido di alluminio (Al₂O₃), il carburo di silicio (SiC) e il nitruro di silicio (Si₃N₄). Esempi d’impiego dei materiali ceramici nelle tecnologie avanzate sono il carburo di silicio utilizzato nelle zone a elevata temperatura nei motori a turbina degli aerei e l’ossido di alluminio con cui si realizza la base di supporto per microcircuiti integrati in un modulo a conduzione termica.

La struttura finale del prodotto e' in stretta relazione con la struttura del materiale di partenza, come pure col trattamento termico subito durante la sua trasformazione.

Le caratteristiche principali dei ceramici sono: