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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
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IPERCER 2
Obiettivi
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IPERCER 3
Rationale
Materie prime
Macinazione
Atomizzazione
Formatura
Essiccamento
Smaltatura Decorazione
Cotturasinterizzazioneraffreddamento
Densità apparente (g/cm3)
Pressione (N/mm2) Temperatura (°C)
deposizionecompattazione
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IPERCER 4
Organizzazione
ISTEC
Futuro in
Ricerca
CCBO CIRI‐EC
SACMI
GIGACER
PANARIA
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IPERCER 5
Caratteristiche degli atomizzatiCurva granulometricaDistribuzione di umidità in funzione della granulometriaStruttura interna dei granuliMorfologia e distribuzione di forma in funzione della granulometria
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IPERCER 6
Forma degli agglomerati
POPCORNFORMA IDEALE DIMERI CACIOTTE
ROTTI
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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 >>>
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IPERCER 8
Angolo di riposo statico
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IPERCER 9
Angolo di riposo dinamico
critico
critico
equilibrio
equilibrio
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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)
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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
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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
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IPERCER 13
Piroplasticità
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IPERCER 14
Composizione chimicaViscosità e tensione superficiale ad alta temperaturaTemperatura di transizione vetrosa Tg
Coefficiente di dilatazione termica
Fase vetrosa
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IPERCER 15
Raffreddamento
Modulo elastico
T interno/esterno
573°Ctransizione quarzo
~700°Ctransizione vetrosa Tg
T<20°C
DT~200°C
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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
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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
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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