COMPORTAMENTO TECNOLOGICO DEGLI IMPASTI PER GRANDI FORMATI: 

REOLOGIA DELLE POLVERI, COMPATTAZIONE, SINTERIZZAZIONE E TENSIONI RESIDUE

Michele Dondi Chiara ZanelliGuia Guarini Roberto Soldati

INNOVAZIONE DI PROCESSOPER LA FILIERADELLA PIASTRELLACERAMICA SOSTENIBILE

Confindustria Ceramica, Sassuolo 22/02/2017

IPERCER 2

Obiettivi

IPERCER 3

Rationale

Materie prime

Macinazione

Atomizzazione

Formatura

Essiccamento

Smaltatura Decorazione

Cotturasinterizzazioneraffreddamento

Densità apparente (g/cm3)

Pressione (N/mm2) Temperatura (°C)

deposizionecompattazione

IPERCER 4

Organizzazione

ISTEC

Futuro in

Ricerca

CCBO CIRI‐EC

SACMI

GIGACER

PANARIA

IPERCER 5

Caratteristiche degli atomizzatiCurva granulometricaDistribuzione di umidità in funzione della granulometriaStruttura interna dei granuliMorfologia e distribuzione di forma in funzione della granulometria

IPERCER 6

Forma degli agglomerati

POPCORNFORMA IDEALE        DIMERI CACIOTTE

ROTTI

IPERCER 7

Reologia delle polveri

SCORREVOLEZZA DELL’ATOMIZZATO

Angolo di riposo imbuto (ugello 25 mm )

Flusso di massa tazza Ford(attraverso un orifizio) 4, 6, 8 mm diametro

Densità delle polveri - versata (poured density) molte modalità- battuta (tap density) ISO 23145-1

CORRELARE LA SCORREVOLEZZA CON <<< CARATTERISTICHE DELL’ATOMIZZATO

COMPORTAMENTO IN PRESSATURA >>>

IPERCER 8

Angolo di riposo statico

IPERCER 9

Angolo di riposo dinamico

critico

critico

equilibrio

equilibrio

IPERCER 10

Compattazione

CORRELARE LA COMPRESSIBILITÀ CON <<< CARATTERISTICHE DELL’ATOMIZZATO

COMPORTAMENTO IN COTTURA >>>

Curve di compattazione

Resistenza meccanica del granulo di atomizzato

Compressibilità

Espansione post pressatura

Curve pressione-porosità1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2.0

0 5 10 15 20 25 30

Densità apparente (g/cm3)

Pressione (N/mm2)

IPERCER 11

Compressibilità delle polveri

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

45.0

0 5 10 15 20 25 30 35

Poro

sità

intr

agra

nula

re (%

) Porosità intergranulare (%)

Pressione, MPa

P3

P1+P2

IPERCER 12

Sinterizzazione

CORRELARE LA SINTERIZZAZIONE CON <<< CARATTERISTICHE DEL COMPATTO CRUDO

DEFORMAZIONI E TENSIONI RESIDUE >>>

Curve di densificazione

Evoluzione della composizione di fase

Piroplasticità

Porosità chiusa

Proprietà fase vetrosaD

ensi

tà a

ppar

ente

, g c

m-3

Temperatura, °C

massima densità in verde

1050°C

inizio del flusso viscoso

massima densità apparente

modello di Frenkel

dV/V0 = t 04

9r

modello di Mackenzie

dr/dt = )1(23

0

a

sovracottura

IPERCER 13

Piroplasticità

IPERCER 14

Composizione chimicaViscosità e tensione superficiale ad alta temperaturaTemperatura di transizione vetrosa Tg

Coefficiente di dilatazione termica

Fase vetrosa

IPERCER 15

Raffreddamento

Modulo elastico

T interno/esterno

573°Ctransizione quarzo

~700°Ctransizione vetrosa Tg

T<20°C

DT~200°C

IPERCER 16

Tensioni residue

disomogeneità microstrutturale

Proprietà termo-elastiche delle fasi cristalline e vetrose dell’impasto

lastra

disomogeneità mesostrutturale

Distribuzione di densità nel crudo e curva termica nei diversi punti (superficie e spessore)

sezione

gradiente termico interno al pezzo

Tg e differenze di temperatura fra interno e superficie della piastrella durante il raffreddamento rapido

raffreddamento rapidissimo: esterno «rigido» quando interno ancora «molle»

1 µm

IPERCER 17

Tensioni macroscopicheIndagato abbastanza estesamente per la transizione di fase del quarzo.

Meno conosciuti sono i possibili fenomeni di «tempra» e «tensionamento»

La transizione di fase del vetro risente fortemente del gradiente di raffreddamento: più la cinetica è rapida e maggiore sarà il volume finale della fase vetrosa

es. superficie T ~800°C – interno T ~1000°Critiro differente e compressione dello strato esterno

T ambiente: volume differente della fase vetrosamaggiore all’esterno = trazione dello strato esterno

IPERCER 18

Grazie per l’attenzione!

Descrizione dettagliata e modellazione fenomenologica dei processi di deposizione delle polveri atomizzate e loro compattazione con particolare riguardo alle grandi lastre ceramiche

Descrizione dettagliata e quantitativa dei processi attivi durante la cottura e loro modellazione fenomenologica con particolare riguardo agli effetti sulle deformazioni e le tensioni residue delle lastre ceramiche

Reologia delle polveri e compattazione dell’atomizzatoBibliografia commentata

Deformazioni in cottura del gres porcellanatoBibliografia commentata

Comportamento dell’atomizzato

durante deposizione e compattazione

Modello fenomenologico

Comportamento in cottura delle grandi

lastre in gres porcellanato

Modello fenomenologico