Vetroceramica: origine, caratteristiche e usi
La vetroceramica è il risultato del surriscaldamento accidentale di una fornace utilizzata per produrre il vetro. Questo nuovo materiale policristallino a grana fine è stato scoperto nel 1952 dall’inventore statunitense Stanley Donald Stookey, durante un’esperimento sui vetri, quando il termostato malfunzionante fece innalzare la temperatura oltre i 1000°C, generando una sottile polvere bianca che conferiva al materiale una resistenza insolita.
La vetroceramica è caratterizzata da proprietà comuni sia ai vetri che alle ceramiche, in quanto possiede una fase amorfa e una o più fasi cristalline ottenute da una cristallizzazione controllata.
Il vetro e le ceramiche
Il vetro è un liquido ad alta viscosità, amorfo, rigido, trasparente ed omogeneo, ottenuto attraverso il lento raffreddamento di silicati fusi. Al contrario, le ceramiche sono materiali solidi inorganici non metallici, duttili allo stato naturale e rigidi dopo la fase di cottura. Presentano proprietà come durezza, resistenza, bassa conducibilità elettrica e resistenza alle alte temperature.
Preparazione della vetroceramica
La preparazione della vetroceramica inizia con tecniche convenzionali per la creazione del vetro. Quest’ultimo viene raffreddato e successivamente riscaldato a una temperatura di 750-1150 °C, avviando così una parziale cristallizzazione del materiale. La vetroceramica contiene almeno il 50% di struttura cristallina, arrivando in alcuni casi fino al 95%.
Durante il processo di cristallizzazione, vengono aggiunti agenti nucleanti alla composizione di base per facilitare e controllare la formazione dei cristalli.
Tipologie di vetroceramica
Le vetroceramiche sono classificate in diversi tipi in base alla composizione, ognuno con proprietà uniche e specifici utilizzi. Alcuni esempi includono LAS (Li2O·Al2O3·n SiO2) per la resistenza agli shock termici, MAS (MgO·Al2O3·n SiO2) per l’elevata resistenza meccanica ad alte temperature, e ZAS (ZnO·Al2O3·n SiO2) utilizzate nel settore meccanico.
Proprietà e utilizzi
Le vetroceramiche presentano elevate resistenza meccanica, resistenza al calore, assenza di porosità, bassissimo coefficiente di dilatazione termica, elevata tenacità e rigidezza. Sono utilizzate in svariati campi come edilizia, medicina, elettronica, ingegneria e arredamento.
Ad esempio, le corone in vetroceramica sono utilizzate per ricostruzioni dentarie ad alto livello estetico, mentre i piani di cottura in vetroceramica, sebbene più costosi da gestire rispetto a quelli a gas, eliminano i rischi associati a quest’ultimo rendendoli popolari in Europa settentrionale.
Infine, le vetroceramiche trasparenti trovano impiego nell’ottica, per la realizzazione di lenti per telescopi, celle solari, schermi per monitor e componenti ottici di precisione.