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I Sanitari

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Definizione

Le norme UNI 4542 prevedono la classificazione degli apparecchi igienico sanitari secondo

• Il materiale di ceramica usato,

• La funzione d'uso

• Caratteristiche costruttive.

Gli apparecchi igienico sanitari sono distinti fra loro per la funzione d'uso che li caratterizza e che ne condiziona lo sviluppo delle forme.

Vasi Bidè Lavatoio

Lavabo Cassetta

Colonna Piatto doccia

Lavello Orinatoio

D.Fortuna “Tecnologia ceramica: I Sanitari”, Faenza editrice

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I materialiNormalmente i sanitari sono fabbricati con uno dei seguenti tre materiali:

porcellana sanitaria o vitreous-china

gres fine porcellanato o fine fire-clay

gres porcellanato o fire-clay

Sono caratterizzati da proprietà tecnologiche diverse fra loro e ciò giustitica la diversa utilizzazione che ne viene fatta.

Produzione di apparecchi igienico sanitari come piatti doccia o lavelli sono normalmente utilizzati materiali come il gres fine porcellanato o il gres porcellanato.

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I materialiPorcellana sanitaria o vitreous-china

• Argilla ball clays 20 – 28%

• Caolino 25 – 35%

• Quarzo 17 – 30%

• Feldspato 15 – 23%

• Rottame macinato 3 – 9%

Minore costo

Riduzione del tempo di formatura dello spessore

Ridurre il coetticiente di dilatazione termica ed effetto della trasformazione quarzo beta-quarzo alfa (riduzione tempo del ciclo)

Smaltato a crudo, con smalto bianco o colorato

Opacizzato con silicato di zirconio (ZrSiO4) e/ o ossido di stagno(SnO)

Dopo la cottura la massa ceramica si presenta bianca compatta ed ha assorbimento d'acqua non maggiore dello 0,5%

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I materialiPorcellana sanitaria o vitreous-china

+ Basso valore d'assorbimento d'acqua

+ Elevata resistenza meccanica

+ Ottimo grado di coesione impasto-smalto

+ Maggiore garanzia di igienicità e di durata

- Elevato ritiro

- Alto livello di greificazione

Pregiudicano l'uso nella fabbricazione di manufatti di grandi dimensioni, a causa delle notevoli deformazioni che si riscontrerebbero in quest'ultimi dopo la cottura

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I materialiGres fine porcellanato o fine fire-clay

• Argilla o caolino cotto (chamotte) 40 - 45%

• Caolino 10 - 30%

• Argilla ball clay 20 - 30%

• Quarzo 0 -12%

• Feldspati e fondenti 0 - 7%

Rivestito a crudo con smalto, (o ingobbio più smalto bianco o colorato) Opacizzato con silicato di zirconio o ossido di stagno

Dopo cottura la massa si presenta a grana media fine avente assorbimento di acqua non maggiore del 9%.

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I materialiGres porcellanato o fire-clay

• Argilla o caolino cotto (chamotte) 40 - 45%

• Caolino 10 - 30%

• Argilla ball clay 20 - 30%

• Quarzo 0 -12%

• Feldspati e fondenti 0 - 7%

Rivestito a crudo con smalto, (o ingobbio più smalto bianco o colorato) Opacizzato con silicato di zirconio o ossido di stagno

Dopo cottura la massa si presenta a grana media fine avente assorbimento di acqua non maggiore del 13%.

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I materiali

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I materiali

Le argille utilizzate nell'industria degli apparecchi igienico sanitari almeno in Europa sono quasi esclusivamente del tipo balI clay

• Caolinite 40 - 95%

• Quarzo 1 - 40%

• Miche

• Feldspati3 - 40%

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Il ciclo

a) Dosaggio materie prime: può essere eseguito manualmente ed automaticamente ed a peso o a volume.

 

b) Scioglitura di prima e seconda fase oppure macinazione ad umido

c) Setacciatura e deferrizzazione

d) Formatura per colaggio

 

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Il cicloe) Essiccamento in essiccatoi rapidi 

f) L'applicazione del marchio ed il decoro a gran fuoco, come pure la decorazione a piccolo fuoco, non sempre sono delle operazioni che sono costitutive del ciclo produttivo e possono non essere eseguite.

 

Anche la ricottura non è una fase necessaria del ciclo di lavorazione, soprattutto quando non è richiesta una qualità molto elevata del prodotto finito.

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Il ciclog) La principale variante, nel caso di produzione di gres porcellanato, è rappresentata dalla presenza della fase dell'ingobbiatura inserita fra il collaudo e la smaltatura.

L'ingobbio viene normalmente steso sulla superficie del pezzo nel caso si produca gres porcellanato, tale pratica è invece meno frequente nel caso in cui i sanitari siano prodotti in gres porcellanato fine

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Il ciclo

I semilavorati sono stoccati per avere una maggiore elasticità del ciclo

Costi maggiori di gestione

Maggiore quantità di scarti

Nelle nuove tecnologie di produzione gli stoccaggi di semilavorati sono ridotti a quantitativi minimi

Durata del ciclo viene drasticamente diminuita

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Preparazione dell’Impasto

Scioglitura

Le argille sono disperse in acqua, mediante turbodissolutore, in presenza di deflocculante fino a raggiungere una densità di circa 1500-1550 g/l

La quantità di deflocculante da usare varia generalmente dallo 0,1 allo 0,5% sul peso secco dell'impasto 120-180 rpm

2-16 m3

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Preparazione dell’Impasto

Alla barbottina delle argille sono aggiunti sotto agitazione le quantità dosate dei caolini fino a raggiungere una densità di circa 1700 g/l; per favorire la dispersione si aggiungono ulteriori quantità di acqua e di deflocculante

Alla barbottina delle materie plastiche sono aggiunti sotto agitazione gli inerti e i fondenti, predosati, fino a rag giungere la densità di lavoro cioè quella usata nel colaggio (circa 1800 -1810 g/l); anche in questo caso per favorire la dispersione sono aggiunti acqua e deflocculante

Deferizzazione magnetica e setacciatura di controllo su setaccio di 1000-1050 maglie/cm2

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Preparazione dell’Impasto

Stoccaggio della barbottina

Lo stoccaggio viene fatto in delle grandi cisterne in cemento interrate o in acciaio inox, dotate di un organo di agitazione lento (9-12 giri/min), del tipo a pale o a rastrello che serve ad impedire la sedimentazione soprattutto delle particelle non plastiche e a migliorare l'omogeneità della barbottina.

La stagionatura comporta una variazione delle proprietà reologiche: in particolare si ha un leggero aumento di fluidità della barbottina mentre la tissotropia diminuisce.

Eliminazione delle bolle di aria

Una barbottina dopo 5-6 giorni d'invecchiamento non può più essere colata senza correggerla con aggiunte di slip nuovo.

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Modello

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Modello

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Dai disegni si passa alla realizzazione manuale del modello che è una riproduzione in gesso in scala 1:1, aumentata del ritiro totale, del pezzo finito che si vuole produrre.

Con il primo stampo viene prodotto uno, o più pezzi

Se il pezzo presenta delle anomalie imputabili alla modellazione si procede alla modifica del modello, alla fabbricazione del nuovo primo stampo ed all'operazione di verifica.

Questo processo di correzione per approssimazioni successive, che può essere molto lungo e per forme molto nuove e complesse si può ripetere anche 6-7 volte

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Modello

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Tecniche CAD/CAE e con la tecnica CAM che prevede la realizzazione del modello

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Modello

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Modello

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Gli stampi vengono prodotti

• In gesso [Solfato di calcio semiidrato (CaSO4·1/2 H2O)]

Tempi di colaggio maggiori (1-2 colaggi/gg)

Durate dello stampo inferiori

• In resina

Tempi di colaggio minori (20 colaggi/turno)

Durate dello stampo maggiori (migliaia di colaggi)

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Modello

Una diminuzione del rapporto gesso/acqua porta a uno stampo

+ Porosità

- Densità

- Proprietà meccaniche

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Formatura

L'operazione di formatura degli articoli igienico-sanitari, siano essi in porcellana sanitaria che in gres, viene eseguita esclusivamente per colaggio

Forme complesse

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Formaturaa spessore libero o a vuoto

a spessore obbligato

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Formatura

A spessore libero o a vuotoG.P.Emiliani, F.Corbara,” Tecnologia ceramica: le tipologie”, Faenza editrice

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Formatura

In realtà nella pratica industriale quasi tutti i pezzi foggiati sono interessati da un colaggio misto, parte a spessore libero, parte a spessore obbligato.

Nel primo caso l'eccesso di barbottina viene drenato dallo stampo e può essere riutilizzata. Le proprietà reologiche della barbottina all'atto dello svuotamento condizionano enormemente la qualità del pezzo colato soprattutto quanto a:

- presenza di sgocciolature o di accumuli di barbottina semiliquida non drenata

- creazione di disomogeneità di spessore e/o di umidità nel corpo ceramico. Nel caso di colaggio a spessore obbligato lo strato solido d'impasto si forma contemporaneamente sulle 2 facce dello stampo; non ci sarà quindi drenaggio di barbottina.

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Formatura

E' quindi necessario che gli spessori liberi e quelli obbligati siano "compatibili" fra loro per evitare difetti di essiccamento e/o di cottura.

Lo spessore obbligato è caratterizzato da una distribuzione dell'umidità molto diversa da quella riscontrabile in uno strato formato a spessore libero.

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Formatura

In tempi passati per il colaggio si faceva esclusivamente uso di stampi in gesso ("colaggio tradizionale“)

Più recentemente l'utilizzazione di gessi speciali e resine microporose ha reso possibile la fabbricazione di stampi ad alta resistenza meccanica che permettono l'esecuzione del colaggio in pressione (media o alta)

Pressioni medie 0,4 – 0,7 MPa

Pressioni alte 1,2 – 1,5 MPa

Valori più alti generano problemi nella tenuta degli stampi stessi

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Formatura

Colaggio tradizionale

Stampi in gesso poroso

Stampi asciutti e di grosso spessore

Con sospensioni molto viscose il colaggio può essere facilitato da un innalzamento di temperatura

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FormaturaEffetto della temperatura e della pressione

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Formatura

Colaggio sotto pressione

La barbottina viene immessa sotto pressione nelle cavità dello stampo

La pressione accelera il rassodamento dell'impasto

Filtrazione da parte del materiale poroso dello stampo prima e dello spessore di materiale formatosi poi

Richiesta di una elevata resistenza meccanica degli stampi

Per le medie pressioni si usano stampi di gesso opportunamente rinforzati o stampi in resina microporosa

Per le pressioni alte è necessario usare stampi in resina microporosa

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FormaturaEffetto della pressione

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Formatura

Colaggio sotto pressione

Gli stampi in resina possono essere riutilizzati per più di 10.000 volte e assicurano una riproduzione del prototipo così fedele da richiedere pochi e limitati interventi di rifinitura.

Nella produzione in serie gli stampi sono raggruppati e serrati gli uni contro gli altri in una struttura simile ad una filtropressa che sopporta meglio le notevoli pressioni applicate.

Tutto il processo di colaggio sotto pressione può essere automatizzato al massimo e integrarsi molto bene con le fasi, già automatizzate da tempo, a valle del reparto di foggiatura.

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FormaturaVantaggi

Riduzione dei tempi occorrenti per la formazione di uno spessore

Maggiore densità e uniformità e quindi con maggior resistenza meccanica a crudo

Minore contenuto di acqua nei manufatti e quindi riduzione dei tempi di essiccamento e dell'energia impiegata;

Riduzione del ritiro sia in essiccamento che in cottura, con conseguente minor rischio di deformazioni e rotture;

Riduzione del lavoro di finitura e spugnatura;

Possibilità di eseguire più colaggi nell'arco della stessa giornata

Riduzione della manodopera e degli spazi occupati dai macchinari;

Miglioramento delle condizioni di lavoro non essendo necessarie particolari condizioni termo-igrometriche nell'ambiente.

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FormaturaSvantaggi

Maggiore investimento per l’impianto

Maggiore costo degli stampi

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Formatura

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Formatura

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FormaturaEffetto del tempo

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FormaturaEffetto della granulometria

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% particelle < 1m

Spe

ssor

e in

mm

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FormaturaEffetto della composizione: la chamotte

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FormaturaEffetto della composizione: il caolino

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FormaturaEffetto della reologia : la viscosità

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FormaturaEffetto della reologia : la tissotropia

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FormaturaEffetto della reologia : la tissotropia

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FormaturaEffetto della reologia : la tissotropia

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FormaturaEffetto della reologia : la tissotropia

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Tissotropia

Res

iste

nza

mec

c an i

ca

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FormaturaEffetto della pressione

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FormaturaEffetto della pressione

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FormaturaEffetto della pressione

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Formatura

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Basso contenuto di acqua

Densità non inferiore a 1650 g/litro

La formazione dello spessore di pasta prima che lo stampo, impregnatosi di acqua, saturi le proprie capacità di assorbimento (nel colaggio a pressione normale), o perché la formatura avvenga in tempi relativamente brevi (nel colaggio sotto pressione)

Bassa viscosità per riempire le cavità dello stampo o per defluire rapidamente dallo stesso nella fase di svuotamento in modo da non produrre sovraspessori

Aggiunta alla barbottina, in fase di preparazione, di deflocculanti (carbonati e i silicati sodici o miscele di entrambi, vari preparati commerciali a base di sostanze organiche come poliacrilati e gli umati)

Costruzione di una curva di deflocculazione

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Formatura

Nei sistemi con stampi in resina la sformatura è svolta da impianti automatici

Successivamente ogni pezzo è rifinito manualmente

Segue l’essiccamento in essiccatoi intermittenti o continui che operano in condizioni di umidità e temperatura controllate

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Essiccamento

Nei processi di essiccamento più recenti si applicano tecniche diverse:

Evaporazione sotto vuoto

Evaporazione per riscaldamento mediante microonde ed essiccamento mediante flusso di aria calda

Ritiro 1,5-3% circa

Prima dell’applicazione dello smalto ogni pezzo è ispezionato per valutare la presenza di difetti

pennellature di cherosene

I manufatti scartati sono inviati al recupero del materiale.

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Essiccamento

L'utilizzo delle microonde è molto più efficace di quello dei raggi infiarossi, in quanto interessa tutto il corpo ceramico indipendentemente dal suo spessore

L'impasto e sostanzialmente trasparente alle microònde non essendo in genere costituito da materiale polarizzato, mentre l'acqua è caratterizzata da un forte assorbimento

L'energia impiegata nell'orientazione dei dipoli di acqua si trasforma in calore che porta ad una veloce ed efficace evaporazione

Abbinamento con la tecnica del sottovuoto

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Smaltatura

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APPLICAZIONE DELL'INGOBBIO.

 

Sanitari in gres, prima della smaltatura viene applicato l'ingobbio (peso specifico 1,550-1,650 Kg/l)

Fra l'ingobbiatura e la smaltatura è necessario essiccare

questo può essere eseguito in un piccolo tunnel, dove viene immessa aria calda, se si opera con una giostra di smaltatura

In quest'ultimo caso è molto importante la finezza delle particelle che costituiscono l'ingobbio: se esse sono troppo tini aumenta il tempo dell'essiccamento.

L'ingobbio viene applicato quasi sempre in un'unica passata con spessori che variano da 0,2 a 0,3 mm.

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Smaltatura

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Molti difetti (strappi sullo smalto, sollevamento di piccole zone di ingobbio e smalto) si evidenziano soltanto dopo cottura e sono imputabili a distacchi parziali del l'ingobbio dal supporto o a ritiri differenziali fra impasto-ingobbio e smalto al crescere della temperatura.

Per quanto riguarda il problema dell'elasticità e dell'adesione dell'ingobbio all'impasto è spesso necessario ricorrere all'uso di leganti e/o plastificanti diversi dalle normali carbossimetilcellulose, dosati anche in quantitativi non trascurabili (anche oltre l'1% in peso).

L'invetriatura è eseguita sui pezzi secchi per spruzzatura manuale o robotizzata, eventualmente in due fasi per conseguire l'ancoraggio di un consistente spessore di rivestimento

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Smaltatura

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SMALTATURA MANUALE

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SMALTATURA AUTOMATIZZATA

DECORAZIONE A GRAN FUOCO

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Smaltatura

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SMALTATURA MANUALE

Sia i sanitari in porcellana che quelli in gres, ingobbiati o no, sono smaltati a spruzzo a mezzo idonei aerografi

La scelta di questa soluzione è motivata dalla forma e dalla dimensione dei sanitari crudi che rendono inattuabili altre tecniche di smaltatura

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Smaltatura

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SMALTATURA AUTOMATIZZATA

- robotizzata

Aerografi mossi da robot

- elettrostatica

Smalto e pezzo sono caricati con carica diversa (100.000 volts)

Superfici uniformi

Alta produtività

Costo dell’impianto elevato (3.000pz/gg)

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Smaltatura

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Smaltatura

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DECORAZIONE A GRAN FUOCO

Applicazione sullo smalto crudo di marchi di fabbrica, di filetti colorati o altri motivi decorativi

Attaccare sullo smalto delle decalcomanie per alte temperature tramite un apposito collante intermedio

Inalterabilità del decoro che è, dopo cottura, un tutt'uno con lo smalto

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Cottura

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Cottura tradizionale

Cottura rapida

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Cottura

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Ciclo di cottura tradizionale

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Cottura

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Ciclo di cottura rapido

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Cottura

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Argille a basso contenuto di sostanze organiche

Solfati e carbonati

Fondenti ricchi di alcali e a bassa granulometria

nefelina-sienite (KNa3(AlSiO4)4 , feldspato sodio-potassioco con piccole aggiunte di talco (1-2%)

Quarzo a bassa granulomatria

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Cottura

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Cottura

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DifettoDi colaggio

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DifettoDello smalto: effetto della tensione superficiale

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DifettoDello smalto: da smalto

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