Struttura cristallina è una disposizione ordinata a lungo raggio degli atomi IL VETRO Introduzione: Reticolo cristallino Materiale metallico Metallo allo stato fuso Raffreddamento cristallizzazione Riscaldamento fusione Vetro Struttura amorfa è disposizione degli atomi casuale, cioè non ordinata Raffreddamento veloce senza cristallizzazione Riscaldamento - fusione Raffreddamento materiali amorfi: la massa fusa perde gradualmente la sua fluidità fino ad arrivare ad una struttura disordinata simile a quella che aveva allo stato fluido. Riscaldamento materiali amorfi: si ha un graduale rammollimento del solido amorfo con aumento della fluidità. IL VETRO Il vetro è un materiale ceramico (prodotto da materiali inorganici mediante riscaldamento ad elevate temperature), tuttavia si distingue dagli altri materiali ceramici in quanto i suoi componenti vengono portati a fusione e raffreddati ad una velocità tale da non consentire la cristallizzazione. Per questo il vetro ha una struttura non cristallina o amorfa. La trasparenza dei vetri dipende proprio dalla struttura totalmente amorfa. I più comuni sono a base di silice amorfa Temperatura di transizione vetrosa Volume specifico (m3/Kg) liquido liquido sottoraffreddato solido vetroso Contrazio ne dovuta al raffredda mento solido Solido cristallino cristall ino Tg1 Tm T ( C) Se si riduce la velocità di raffreddamento, il passaggio da liquido a solido vetroso avviene a Tg più basse (curva g2), e si ottiene un vetro più denso di quello raffreddato più velocemente (g1). Andamento del volume specifico (inverso della densità 1/ρ = Volume/Massa = v) in funzione della temperatura per un materiale cristallino e per un materiale amorfo. Un liquido che, solidificando, forma un solido cristallino (es. metallo puro) cristallizzerà al suo punto di fusione (Tm) con una diminuzione significativa del volume specifico. Al contrario, un liquido che raffreddandosi forma un vetro (raffreddamento sufficientemente rapido), non cristallizza, ma segue la linea continua, ovvero la viscosità del liquido aumenta e fa diminuire gradualmente il volume specifico. La transizione da liquido (sottoraffreddato) a solido vetroso è graduale e avviene in un intervallo ristretto di temperatura (intervallo di transizione vetrosa) nel quale la pendenza della curva si riduce notevolmente. Il punto di intersezione delle due tangenti alla curva definisce la temperatura di transizione vetrosa. Composizione chimica e struttura del vetro Le materie prime per la fabbricazione del vetro si possono distinguere: Formatori (vetrificanti) sostanze che possono assumere struttura vetrosa come: • silice (SiO2, in genere sotto forma di sabbia); • anidride borica (B2O3); • allumina (Al2O3), che però può formare strutture vetrose solo insieme alla silice (ossidi intermedi). Modificatori (o fondenti) vengono aggiunti ai vetrificanti per diminuire la viscosità, in modo che possano essere lavorati più facilmente e per diminuire la temperatura di rammollimento: • ossidi di metalli alcalini (Na2O o K2O); • ossidi di metalli alcalino-terrosi (CaO); Si possono aggiungere anche altri componenti con finalità diverse: stabilizzazanti, coloranti, opacizzanti, affinanti ecc. I vetri comuni sono costituiti per circa il 75% da silice con aggiunta di fondenti per migliorarne la lavorabilità e altre sostanze per ottenere proprietà specifiche. IL VETRO La silice SiO2 può solidificare: (a) struttura cristallina (la cristobalite); (b) struttura amorfa (il vetro di silice). In ogni caso l’unità elementare ripetitiva è sempre il tetraedro SiO44-. Struttura cristallina dotata di anelli esagonali Ordinamento a lungo raggio da Glass - Mechanics and Technology, E. Le Bourhis, Wiley VCH, 2008. Reticolo disordinato IL VETRO Le strutture cristallina (a) e amorfa (b) del vetro schematizzate sul piano. da Glass - Mechanics and Technology, E. Le Bourhis, Wiley VCH, 2008. IL VETRO Nel vetro silicatico è conservata l’unità strutturale tetraedrica SiO44-, mentre è perso l’ordine sulla lungo raggio. Nel tetraedro lo ione Si4+ è legato con legame ionicocovalente a quattro atomi di ossigeno, quindi ogni atomo di ossigeno è comune a due tetraedri (ossigeni pontanti). Gli atomi di ossigeno degli ossidi fondenti (es.: Na2O o CaO) entrano nel reticolo della silice nei punti di unione dei tetraedri e lo rompono generando atomi di ossigeno che sono collegati ad un solo silicio (non pontanti). Gli ioni Na+ e Ca2+ non entrano nel reticolo ma rimangono negli interstizi come ioni metallici legati ionicamente (bilanciano gli elettroni liberi degli ossigeni non pontanti). Ossidi modificatori La struttura del vetro di silice in presenza di ossidi modificatori (ossidi di metalli alcalini): aumenta il numero di ossigeni nel reticolo, dunque alcuni non sono pontanti struttura più aperta rispetto al vetro di silice pura e temperatura di lavorazione più bassa, ma minore rigidezza e maggiore coefficiente di espansione termica. Per ogni Na2O si formano 2 ossigeni non pontanti e due ioni Na+ andranno a disporsi negli interstizi del reticolo. Gli ioni Na+ bilanciano le cariche negative degli ossigeni non pontanti. da Glass - Mechanics and Technology, E. Le Bourhis, Wiley VCH, 2008. Ossidi intermedi Altri ossidi come l’ossido di boro (B2O3) o di alluminio (Al2O3), se aggiunti ad un vetro silico-sodico, funzionano come ossidi formatori di reticolo: infatti come SiO2 formano gruppi tetraedrici con boro o alluminio al centro (AlO4- e BO44-) ogni B3+ o Al3+ si lega a 4 ossigeni non pontanti si riduce il numero di ossigeni non pontanti. Poichè la valenza dell’Al e del B è +3, mentre per i tetraedri sarebbe necessaria la valenza +4, le cariche negative libere vengono bilanciate dai cationi degli ossidi modificatori (es: Na+). O2- Non Pont. Si4+ O2- Na+ Al3+ Principali tipi di vetro • Vetri di silice: sono costituiti solo da silice; hanno il coefficiente di dilatazione più basso di tutti, per cui ha un’elevata resistenza agli shock termici e un’altissima resistenza agli agenti chimici. Possono essere utilizzati fino a 1000 C infatti trovano applicazione nelle apparecchiature da laboratorio. Il loro limite è che sono difficili da fondere e lavorare, e quindi sono costosi. •Vetri sodico-calcici: sono i più comuni (finestre e bottiglie); contengono un elevato quantitativo di modificatori che ne aumenta la lavorabilità. Ma hanno una temperatura di rammollimento bassa, che ne limita le applicazioni sopra i 300 C, e un alto coefficiente di dilatazione termica, che li rende poco resistenti agli shock termici. • Vetri al borosilicato: sono i Pyrex; hanno buona resistenza chimica e agli shock termici (basso coefficiente di dilatazione termica). Per attrezzature di laboratorio e stoviglieria resistente al calore. • Vetri al piombo: si ottengono sostituendo l’Na2O e il CaO con PbO. Il catione Pb2+, di solito modificatore, può prendere parte al reticolo facendo da ponte fra due atomi di ossigeno. Il contenuto di piombo può arrivare anche al 58% in peso (vetri ad alto Pb). Hanno temperatura di rammollimento più bassa quindi sono più facilmente lavorabili e formabili (ma più costosi). Inoltre hanno un elevato indice di rifrazione che li rende brillanti (cristalleria e schermi per radiazioni). I VETRI PIU’ COMUNI Composizione dei principali tipi di vetro (% in peso) Applicazioni Vetro da finestre Vetro da bottiglie bulbi per lampadine I vetri allumino-silicati Applicazioni vetreria per uso diretto su fiamma o piastra elettrica, finestre in aeroplani e in veicoli spaziali, ecc Il vetro di silice Applicazioni: strumenti ottici, industrie e laboratori chimici, materiali elettrici isolanti per forni, elementi elettrici riscaldanti, ecc Il vetro è un materiale a comportamento elastico: - segue la legge di Hooke (E ≈ 70 GPa) - è soggetto a frattura fragile che inizia in corrispondenza di microcricche . Altre proprietà - Isolante termico ed elettrico - resistente in diversi ambienti corrosivi - materiale isotropo (struttura amorfa) Durabilità del vetro: fenomeni di fatica statica La resistenza meccanica di un vetro, soggetto ad uno sforzo superiore ad un certo valore, diminuisce nel tempo a causa di un fenomeno chiamato fatica statica. La rottura del manufatto in vetro può avvenire anche dopo tempi molto lunghi di applicazione del carico. La rottura avviene per corrosione sotto sforzo (o tensocorrosione) provocato dalla diffusione del vapor d’acqua contenuto nell’aria (umidità) verso l’apice delle microcricche presenti nel vetro. -L’allungamento dei legami Si-O-Si all’apice della microcricca rendono questi legami più reattivi nei confronti dell’acqua. Ciascuna molecola d’acqua, rompendo il legame fra due tetraedri contigui, dà origine a due terminazioni SiOH: - Si-O-Si + H2O 2SiOH - Il risultato di questa reazione è un’allungamento della microcricca. - L’attacco procede a velocità sempre maggiore fino a rottura di schianto. - Il fenomeno procede più velocemente alle alte temperature e in presenza di una maggior umidità. Durabilità del vetro: resistenza chimica La resistenza chimica del vetro nei confronti degli agenti atmosferici e della maggior parte dei reagenti chimici è in genere eccellente. L’acido fluoridrico HF attacca rapidamente il reticolo silicico dei vetri formando fluoruri (SiF4 è un gas: SiO2 + 4 HF → SiF4 + 2H2O) del silicio a causa della maggiore elettronegativià del fluoro rispetto all’ossigeno. L’attacco di altri acidi avviene secondo uno scambio tra gli ioni H+ e gli ioni Na+ (o K+). Di conseguenza si forma uno strato superficiale totalmente privo di ioni alcalini e l’attacco può proseguire solo se altri di questi ioni migrano verso la superficie. La velocità dell’attacco, quindi, dipende dalla diffusione di tali ioni. L’introduzione di ioni alcalino terrosi (Ca2+, Mg2+, Ba2+) porta ad un forte aumento della stabilità chimica perché formano legami più forti e riducono la mobilità degli Fotografia al microscopio elettronico a scansione di una superficie di vetro ioni Na+ e K+, costituendo un ostacolo alla loro danneggiata. diffusione. Vetri di elevata resistenza chimica (neutri) si possono ottenere riducendo al minimo il contenuto di alcali e introducendo come formatore di reticolo B2O3 (vetro borosilicato). Durabilità del vetro: resistenza chimica Il vetro comune resiste meno bene in presenza di soluzioni alcaline (pH > 7), infatti gli ossidrili OH- reagiscono con il reticolo silicico spezzandone i ponti di ossigeno: ≡Si-O-Si- + OH- → -Si-O- + HO-Si≡ Il vetro resiste ancora meno a tale attacco se contiene un’alta percentuale di ossigeni non pontanti, inoltre l’attacco procede più velocemente all’aumentare dell’alcalinità (soprattutto se pH > 9) e al crescere della temperatura. L’attacco dell’acqua pura su un vetro avviene inizialmente per meccanismo di scambio (tra H+ e ioni Na+ o K+) (I stadio della corrosione), successivamente , poiché il pH dell’acqua aumenta per diminuzione degli ioni H+, l’attacco diventa di tipo alcalino (cioè a causa degli OH-). Il rapporto superficie di attacco/volume della soluzione è molto importante: infatti se un grande volume d’acqua è in contatto con una superficie vetrosa la concentrazione ossidrilica rimane relativamente bassa e quindi è necessario un tempo maggiore per far crescere il pH al di sopra di 8,5 e dar luogo al II stadio della corrosione, d’altra parte un sottile film di condensa sulla superficie vetrosa provoca un rapido innalzamento del pH. La pioggia provoca una situazione dinamica sulla superficie del vetro che difficilmente consente il raggiungimento del II stadio della corrosione, il fenomeno corrosivo è trascurabile e limitato alla lisciviazione degli ioni alcalini nelle immediate vicinanze della superficie vetrosa. Proprietà termiche In assenza di elettroni liberi (materiale isolante) la conducibilità termica è dovuta alle vibrazioni termiche del reticolo che permettono ai fononi di propagarsi dalle zone più calde a quelle più fredde. Essendo i vetri solidi amorfi sono cattivi conduttori di calore, perché in essi il cammino libero medio dei fononi è molto breve (incontrano ostacoli alla loro propagazione e vengono diffusi). Sono quindi degli isolanti termici oltre che elettrici. Tuttavia, la trasmissione di calore attraverso il vetro avviene anche per irraggiamento (luce solare). Il coefficiente di dilatazione termica lineare per un vetro di silice è molto piccolo e vale circa 0,55 x 10-6 C-1. L’aggiunta di modificatori al vetro di silice fa aumentare il coefficiente di dilatazione termica lineare, poiché questi rompono dei legami covalenti e quindi indeboliscono la struttura. Il coefficiente di espansione termica di un vetro sodico-calcico è di 9,1 x 10-6 C-1. Essendo il vetro un cattivo conduttore di calore, uno sbalzo termico provocherà in esso delle tensioni di segno opposto, fra la superficie e l’interno, tanto maggiori quanto maggiore è il suo coefficiente di dilatazione termica. Se tali tensioni superano la resistenza meccanica del vetro esso si rompe, se invece il vetro le sopporta tenderanno a scomparire all’annullarsi del gradiente termico tra superficie e interno del vetro. Resistenza agli sbalzi termici (Shock Termico) Per resistenza agli sbalzi termici s’intende la massima temperatura di partenza a cui è possibile immergere un vetro in acqua a 0 C senza frattura. Essa vale circa 50 C per un vetro sodico-calcico, 150 C per i borosilicati e 1000 C per il vetro di silice. Gli sbalzi termici producono degli sforzi di trazione sulla superficie del vetro. Alle alte temperature (es. 50 C) il vetro si dilata, immergendolo velocemente in acqua a 0 C le superfici del vetro si contraggono mettendo in compressione la parte interna, ancora calda, mentre nelle superfici si generano degli sforzi di trazione. Sbalzi termici che producono un improvviso riscaldamento sono assai meno pericolosi di un brusco raffreddamento, poiché nel primo caso sulle superfici si generano degli sforzi di compressione. CONDUCIBILITÀ ELETTRICA Il vetro comune a temperatura ambiente è un buon isolante elettrico: la resistività dei vetri varia da 1016 1022 ohm∙mm2/m. La conducibilità elettrica è legata alla mobilità dei cationi negli interstizi del reticolo che sono più debolmente legati. Gli ioni mobili che danno luogo al flusso di corrente sono sempre e solo gli ioni alcalini (Na+, K+…). Anche la bassissima conducibilità del vetro di silice è dovuta ai pochi ioni alcalini presenti come impurezze. L’introduzione di modificatori bivalenti (Ca2+, Mg2+ , Pb2+ , Ba2+) porta ad un aumento della resistività, in quanto tali ioni, più saldamente legati e poco mobili, occupano stabilmente alcune cavità del reticolo, ostacolando il flusso degli ioni alcalini. Proprietà ottiche del vetro La più importante proprietà ottica dei vetri è la trasparenza alla luce, cioè sono capaci di trasmettere radiazioni del campo del visibile (da 0.4 m a 0.7 m). Tuttavia per essere trasparente e incolore il vetro deve essere omogeneo (almeno entro una scala confrontabile con la lunghezza d’onda della luce) e avere un basso assorbimento nei confronti di tutte le lunghezze d’onda della luce. Vetro eterogeneo: • contiene delle particelle con diametro D2 circa uguale alla lunghezza d’onda della luce • l’indice di rifrazione particelle diverso da quello della matrice la luce non viene trasmessa ma viene diffusa, quindi il vetro non è trasparente ma opaco (se le particelle sono poche e il vetro sottile diventa traslucido). Proprietà ottiche del vetro Il vetro eterogeneo è comunque trasparente se: • particelle e matrice hanno gli stessi indici di rifrazione n1 = n2; • le particelle hanno diametro molto minore rispetto la lunghezza d’onda della luce. L’opacizzazione di un vetro si ottiene introducendo delle particelle finemente disperse. Colorazione del vetro I vetri vengono colorati incorporando ioni di metalli di transizione o di terre rare. Come: Cu2+→ blu-verde; Co2+→ blu-violetto; Cr3+→ verde; Mn2+→ giallo; Mn3+→ rosso La presenza di questi ioni dà luogo ad assorbimento selettivo nei confronti di determinate lunghezze d’onda. La luce emessa dal vetro è una combinazione di lunghezze d’onda trasmesse e riemesse che determinano il colore caratteristico. Il tipo di colorazione dipende anche dalla composizione del vetro di partenza e dall’ambiente in cui si produce (ambiente riducente o ossidante). LA RIFRAZIONE Fissata la lunghezza d’onda l’indice di rifrazione dipende dalla composizione del vetro. Maggiore è l’indice di rifrazione maggiore è la parte di luce riflessa Produzione del vetro Macinazione dosaggio e miscelazione delle materie prime: Le materie prime vengono pesate e quindi miscelate e inviate sotto forma di granelli a una impastatrice rotativa. La granulometria è compresa tra 0,1 e 0,6 mm. Fusione: L’impasto viene fuso in forni a riverbero (riscaldati per irraggiamento). L’impasto viene introdotto da una parte del forno (zona di fusione) e viene prelevato dalla parte opposta (zona di lavoro). La fusione dell’impasto avviene in genere a 1400-1500 C. Il prelievo della massa fusa viene fatto poco al di sotto della superficie della massa fusa, per diminuire la presenza di bolle e di impurezze. Produzione del vetro: ESEMPIO di FORNO (forno a rigenerazione per recupero del calore) Produzione del vetro Affinazione e omogenizzazione: Per eliminare la presenza di bolle di gas e uniformare la composizione del fuso (inconvenienti che determinerebbero la presenza di disomogeneità ottiche), il vetro fuso viene portato a 1500 C e addizionato con degli affinanti che durante il rimescolamento formano delle bolle di gas che portano via le bollicine presenti nel fuso e, al tempo stesso, la massa fusa viene omogenizzata (in alternativa si può insufflare del gas nella massa fusa). Dopo l’affinazione e l’omogenizzazione, il vetro viene raffreddato fino alla temperatura di formatura. Per evitare la cristallizzazione (possibile soprattutto fra gli 800 e i 1100 C), si aggiungono delle piccole quantità di ossidi (MgO, ZnO, BaO) che ostacolano la cristallizzazione, oppure si riduce la velocità di cristallizzazione con piccole aggiunte di Al2O3 e MgO. Produzione del vetro Formatura: La lavorazione all’uscita dal forno si effettua mediante procedimenti differenti a seconda della forma e delle proprietà da impartire al manufatto. I principali processi sono: • processo di galleggiamento (o processo float): per lastre piane; • processo di soffiatura: prodotti cavi (bottiglie o vasi artigianali); • processo di pressatura: prodotti cavi (piatti, tazze, lenti ottiche), se i cambi di sezione non sono troppo bruschi; • processo di filatura: per fibre di vetro. Processo Float (Pilkington, 1959) 1500 C forno fusorio 1100 C atmosfera di azoto Forno di ricottura 600 C all’uscita dal float Si ottengono lastre perfettamente piane che non necessitano di operazioni di lucidatura. Un nastro di vetro fuso esce dal forno e viene fatto scorrere sulla superficie di un bagno di stagno fuso in atmosfera chimicamente controllata. Si usa lo stagno per la sua densità e il suo basso punto di fusione. All’uscita del bagno le superfici sono abbastanza dure e il vetro viene fatto passare in un forno di ricottura (Lehr) nel quale vengono rimossi gli sforzi residui. TRATTAMENTI di FINITURA: Ricottura del vetro Il raffreddamento rapido di un vetro dà origine a delle tensioni permanenti tra strati adiacenti: queste tensioni se elevate possono portare a frattura spontanea del materiale e in ogni caso possono introdurre difetti nei vetri per ottica. Una velocità di raffreddamento molto diversa da punto a punto può produrre differenze nella densità fino allo 0.5% e fino allo 0.6% nell’indice di rifrazione. La rimozione delle tensioni interne introdotte nel vetro viene compiuta con un trattamento termico detto ricottura, il cui scopo è anche quello di assicurare una completa uniformità delle proprietà fisiche in tutti i punti dell’oggetto in vetro. Ad esempio nei vetri normali, tale trattamento si realizza riscaldando fino a circa 600 C e raffreddando lentamente fino a 450 C (al di sotto di questa temperatura si può raffreddare più velocemente). TEMPRA TERMICA (o fisica) DEL VETRO Distribuzione parabolica delle tensioni E’ una tecnologia che serve per rafforzare il vetro. Consiste nel generare delle tensioni permanenti di compressione nella superficie e di trazione all’interno. Il vetro viene raffreddato mediante aria a partire da una temperatura superiore alla temperatura di transizione vetrosa Tg ( per i vetri normali circa 600 C ) cioè prossima al punto di rammollimento del vetro. Nei primi istanti di tale operazione la superficie del vetro si raffredda più rapidamente dell’interno e si contrae, mentre la parte interna resta calda e compensa, mediante scorrimento viscoso, gli sforzi generati dalla variazione dimensionale delle superfici. Successivamente, la parte interna si raffredda e, contraendosi, genera degli sforzi di compressione sulle superfici, che sono già rigide (cioè sotto Tg). La parte interna, invece, viene posta in trazione. TEMPRA TERMICA DEL VETRO La precompressione delle superfici fa aumentare, anche di 23 volte, la resistenza a trazione ottenuta da prova di flessione e fa raddoppiare la resistenza agli shock termici. Inoltre il vetro diventa più tenace e la frattura avviene con formazione di moltissimi frammenti piccoli e non taglienti. I vetri temprati non possono essere lavorati successivamente. Il vetro temprato che si incontra più comunemente è quello utilizzato per i finestrini laterali e posteriori delle automobili. A volte viene utilizzato nelle cabine telefoniche. I parabrezza moderni sono stratificati (vetri stratificati): - Il vetro interno è temprato termicamente, quindi assorbe una parte dell’energia dovuta all’urto, fratturandosi in molti pezzi. - Lo strato di polimero assorbe dell’altra energia e protegge i passeggeri nell’abitacolo. - Sono progettati per rompresi con sollecitazioni inferiori a quelle che possono fratturare un cranio. Modalità di frattura di un vetro temprato Tempra chimica del vetro La tempra chimica ha il vantaggio di richiedere temperature meno elevate e quindi non crea distorsioni nel vetro, si effettua immergendo il vetro in un bagno di sali potassici a circa 350 C, in modo da realizzare uno scambio tra ioni Na+ della superficie del vetro e ioni K+ provenienti dal bagno. Poiché gli ioni K+ hanno maggiori dimensioni determinano una dilatazione dello strato superficiale del vetro. Poiché gli strati più interni non si dilatano, generano degli sforzi di compressione negli strati esterni. Richiede però tempi di trattamento maggiori. Si possono temprare vetri più sottili e l’alterazione delle proprietà ottiche è minore. Profilo degli sforzi residui a seguito della tempra chimica del vetro Gli sforzi di compressione indotti dalla tempra chimica sono più elevati rispetto a quello della tempra fisica, ma lo spessore interessato è più sottile (dell’ordine di 100 µm invece di 1 mm). Si ha un miglioramento nella resistenza ai carichi concentrati e all’abrasione, mentre il tipo di frattura grossolana che si verifica non è adeguata all’utilizzo di questi vetri come vetri di sicurezza. Si utilizza per lenti oftalmiche. Vetri di sicurezza Per migliorare le proprietà meccaniche del vetro, in particolare ridurre la fragilità. • Vetri armati: quando il vetro è ancora pastoso viene inserita una rete metallica che ha la funzione di trattenere i frammenti del vetro nel caso di urto impedendone la caduta. Ritardano anche la propagazione delle fiamme durante un incendio. • Vetri temprati: resistono maggiormente agli urti e si rompono in frammenti molto piccoli e con spigoli arrotondati. • Vetri stratificati: interponendo tra due lastre di vetro un materiale plastico che fa da adesivo (Polivinilbutirrale PVB), il sandwich viene poi sottoposto all’azione combinata di temperatura e pressione (in autoclave). Se sollecitati violentemente a urto si rompono a raggiera e i frammenti rimangono bloccati sullo scheletro di materiale plastico. • Vetri corazzati: per applicazioni più critiche (vetri antiproiettile e antisfondamento) si fanno molti strati di vetro alternati a fogli di materiale plastico adesivo (vetri anche fino 4 cm di spessore). LE VETROCERAMICHE Sono vetri speciali nei quali mediante opportuno trattamento termico e opportuni agenti nucleanti, si produce la crescita di piccoli cristalli. Le vetroceramiche sono materiali policristallini. Essi per definizione devono contenere una percentuale di materiale cristallino maggiore o uguale al 50% in volume (riduzione della fase amorfa a non più del 50%). Produzione delle vetroceramiche Il metodo più comune prevede la produzione della forma desiderata nello stato vetroso. Segue il trattamento di ceramizzazione (devetrificazione cioè la formazione di cristallo partendo da un vetro) che consiste in un trattamento termico a due temperature diverse : - a temperatura più bassa per la nucleazione dei cristalli - a temperatura più elevata, per il loro accrescimento Produzione delle vetroceramiche LE VETROCERAMICHE PROPRIETA’ • Hanno una tenacità, temperatura di rammollimento e resistenza chimica maggiori rispetto ai vetri comuni. • Facilità di produzione e di formatura anche in forme complesse, tipiche dei vetri. • Porosità nulla. • Il coefficiente di dilatazione può variare in un intervallo molto ampio, se è molto basso conferisce al materiale un’elevata resistenza agli shock termici. • Si possono produrre materiali da completamente trasparenti ad opachi. Mediante il controllo della dimensione dei cristalli si ottengono dei vetroceramici trasparenti. Un’importante famiglia di vetroceramiche è quella che fa riferimento a vetri di partenza del tipo LAS e MAS (litio/magnesio allumino silicati). La ceramizzazione viene fatta a temperature inferiori a 900 C e permette di ottenere nanocristalli di quarzo (beta) (cristalli < 100 nm) e quindi un materiale trasparente, dalla limitata dilatazione termica, con ottime proprietà chimiche e meccaniche. LE VETROCERAMICHE - APPLICAZIONI Sono utilizzate nella produzione di: Piani di cottura trasparenti, vasellame Protesi dentarie Specchi per telescopi, antenne satellitari e antenne radar Pavimentazioni industriali Sportello in vetroceramica