I mille volti della ceramica tra tradizionale e tecnica

La ceramica, un materiale naturale, versatile e altamente performante, si caratterizza per un impiego che nasce nell’antichità e che prosegue nei giorni nostri. Un materiale che nel corso dei secoli ha seguito una profonda evoluzione tanto da presentarsi nell’età contemporanea sotto diverse forme, tra cui alcune di esse particolarmente all’avanguardia come la ceramica innovativa di cui fanno parte anche i compositi a matrice ceramica.
Siamo di fronte ad una classe di materiali ceramici strutturali che alle caratteristiche della ceramica tradizionale, come la resistenza alle alte temperature, la resistenza agli agenti ambientali e alla durezza, uniscono proprietà come una buona resistenza meccanica, un’elevata resistenza all’usura e una buona stabilità dimensionale.

Uno dei campi in cui l’evoluzione tecnologia dei materiali fonda le radici è il settore automotive, in cui i materiali tradizionali vengono sostituiti da materiali innovativi. Questo accade ad esempio con i freni, per i quali le case costruttrici cercano soluzioni che possano garantire bassa densità e alto coefficiente di attrito. Il motivo di questa scelta è da ricercarsi nella necessità di diminuire il peso complessivo unita ad una esigenza di performance di frenata che deve essere energica specialmente nei casi di auto da corsa, treni ed aerei. In questo ambito i materiali compositi ceramici sono quelli che meglio soddisfano questi requisiti poiché possono essere progettati. 

«I compositi a matrice ceramica sono materiali dalle proprietà termomeccaniche eccezionali, in grado di resistere a temperature ben superiori a quelle tipiche degli acciai e delle superleghe. I compositi a matrice ceramica rinforzati con fibre ceramiche possiedono inoltre la straordinaria proprietà di avere un comportamento meccanico definito “quasi duttile”, pur essendo costituiti da due materiali (matrice e fibre ceramiche) intrinsecamente fragili. Questo non significa che i compositi di questo tipo possano essere laminati o forgiati, ma sicuramente possono tollerare lavorazioni meccaniche come per esempio la filettatura. I compositi a matrice ceramica rinforzati con fibre ceramiche sono utilizzati in applicazioni che raggiungono temperature che vanno oltre il 1200 °C», spiega la Prof.ssa Monica Ferraris del Politecnico di Torino Dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia.

Oltre al settore dell’automotive e motorsport, la ceramica tecnica viene utilizzata anche in campo aerospaziale, un’industria che richiede materiali con prestazioni strutturali in grado di resistere a sollecitazioni meccaniche e all’usura anche in condizioni di temperatura e pressione molto elevate.

Alla recente conferenza “The Future of Ceramic Industry” che si è tenuta a Cleveland, USA nel 2016, tra gli argomenti discussi, anche l’impiego di ceramici nella realizzazione del cono di scarico del reattore di aerei. L’azienda Boeing infatti ha spiegato che i motori che oggi vengono prodotti raggiungono una temperatura più alta rispetto al passato, per motivi di efficienza, questo però richiede l’utilizzo di materiali con una resistenza al calore che vada oltre le superleghe a base di titanio e nickel. Sono stati fatti numerosi test a terra e in volo, con risultati che hanno superato le aspettative, andando ad aprire importanti campi di sviluppo anche nel settore dell’aviazione civile.

Alla luce dell’innovazione che si sta portando avanti con l’ingegneria dei materiali, la ceramica tecnica rappresenta uno dei materiali più efficienti del nostro tempo, capace di dare vita ad applicazioni che fino a qualche anno fa erano impensabili da realizzare.

 

Foto: Immagine al microscopio elettronico a scansione, Politecnico di Torino; compositi forniti da MTAerospace-Germania

Fonti: www.ceramicindustry.com, www.geglobalresearch.com, “The Future of the Ceramic Industry” Conference Proceedings 2016