LA PIROPLASTICITÀ, UN VALIDO

PARAMETRO PER OTTIMIZZARE IL

PROCESSO CERAMICO:dalla progettazione di nuovi impasti

alla prevenzione dei difetti.Sassuolo

Giovedì 9 Luglio 2015

“ LE TENSIONI INDOTTEDA PRESSATURA ECOTTURA NELLE

PIASTRELLECERAMICHE”

E. Rambaldi,1 M.C. Bignozzi. 1,2

1 Centro Ceramico Bologna2 DICAM, Università di Bologna

PIROPLASTICITA’�É la tendenza dei materiali a deformarsi sotto il proprio peso durante il ciclo di sinterizzazione.�È inversamente proporzionale alla viscosità della fase liquida che si sviluppa.�Influisce sulla produttività dell’impianto di produzione.

La misura della piroplasticità:-Strumenti ottici � curve deformazione vs temperatura-Strumenti ottici � curve deformazione vs temperatura-Calcolo di un indice di deformazione a diverse temperature di cottura

HF

HI

kPar

Lg

B40

2

2

=⋅

⋅⋅

=ρ

σIndice di deformazione piroplastica

PDD = HI - HF - S [mm]HI = altezza iniziale HF = altezza finale; S = ritiro

Progettazione di nuoviimpasti

Prevenzione di difetti- Effetto del Mixing -

PIROPLASTICITA’

- Effetto del Mixing -

Scarti post Scarti

Materie prime

naturali

Progettazionedi nuovi impasti

REFGres porcellanato tradizionale

~20% fondenti naturali

G1 59% scarti fondenti

100% materiali di scarto(pre e post consumo)

G2 68% scarti fondentiG3 76% scarti fondentiG4 67% scarti fondentiG5 66% scarti fondenti

Scarti post consumo

Scarti pre

consumo

REFG1 G2G3G5

REF G1 G2 G3 G4 G5RO+R2O 5-7 15 17 18 17 16

R2O3 18-20 12 10 9 10 12RO2 70-75 73 73 73 73 71

(RO+R2O)/(R2O3+RO2)

0,050,08

0,17 0,20 0,23 0,21 0,20

Composizione degli impasti in ossidi (Peso %)

G5G4

x xx

Comportamento in cottura

5

6

7

8

9

10

6

8

10

12

Rit

iro

, %

Ass

orb

ime

nto

, %

REFG1

G2G3 G4

G5

0

1

2

3

4

5

0

2

4

6

880 900 920 940 960 980 1000 1020 1040 1060 1080 1100 1120 1140 1160 1180 1200

Rit

iro

, %

Ass

orb

ime

nto

, %

Temperatura, °C

HF

HI

kPar

Lg

B40

2

2

=⋅

⋅⋅

=ρ

σIndice di deformazione piroplastica

PDD = HI - HF - S [mm]HI = altezza iniziale HF = altezza finale; S = ritiro

Comportamento in cottura

G1 2,3

2

2,5

PD

D, m

m

REFG2

G4

G3

G50,6

1,1

0,3 0,3

0,7

0

0,5

1

1,5

900 920 940 960 980 1000 1020 1040 1060 1080 1100 1120 1140 1160 1180 1200

PD

D, m

m

Temperatura, °C

0.8

Composizione mineralogica dopo cotturaFase amorva vs Indice di cristallizzazione, CI

siduiCristalliFaseamorfa

alliNuoviCristCI

Re

*

+=

0,370,35

0,41

0,47

0,35

0,40

0,45

0,50

70

80

90

100

Ind

ice

di c

rist

allin

ità

, %

0,07

0,370,35

0,31

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0

10

20

30

40

50

60

70

REF 1160°C G1 1020°C G2 960°C G3 920°C G4 960°C G5 1000°C

Ind

ice

di c

rist

allin

ità

Fase

am

orf

a, %

6

8

10

12

14

PD

D, m

m

G2

G4G1G5

Comportamento in cottura

-1

2

4

6

900 920 940 960 980 1000 1020 1040 1060 1080 1100 1120 1140 1160 1180 1200

Temperatura, °C

G2

G3REF

0.8

REF 1160°CG1 1020°CG2 960°CG3 920°CG2 980°CG3 1000°C

Composizione fase amorfa

G2 960°C G2 980°C G2 1000°CRO+R2O 15,20 15,96 16,19Al2O3 14,26 7,80 8,67SiO2 70,54 76,24 75,14

REF 1160°C G1 1020°C G3 920°CRO+R2O 9,32 16,21 14,85Al2O3 22,48 9,89 9,09SiO2 68,21 73,90 76,06

G3 1000°C

Progettazione di nuoviimpasti

Prevenzione di difetti- Effetto del Mixing -

PIROPLASTICITA’

- Effetto del Mixing -

LPrevenzione di difetti- Effetto del Mixing -

X Gres AX Gres B

Composizione Gres A e B

Caolino 10Argilla illitica 38.5Sabbia K-feldspatica 16Sabbia Na-feldspatica 35.5RO+R2O moli % 6.70

Composizione degli impasti

xx

RO+R2O moli % 6.70Al2O3 moli % 12.34SiO2 moli % 80.67UMF ([RO+R2O]:Al2O3:SiO2) 1 : 1.9 : 12.3

Macinazione a umido

Gres A 5 oreGres B 10 ore

LDistribuzione granulometrica delle sospensioni

4

6

8

10Fr

equ

enza

(%

)

GPA

GPA6%

Gres A 5 oreGres B 10 ore

0

2

4

0 20 40 60 80 100

Freq

uen

za (

%)

Diametro particelle (micron)

L

2

4

6

8

4

8

12

16

Rit

iro

lin

erar

e, %

Ass

orb

imen

to d

'acq

ua,

% Gres AGres B

Comportamento in cottura ecomposizione mineralogica

Fase Mullite Quarzo Fase vetrosa

Campione Gres A Gres B Gres A Gres B Gres A Gres B

1100oC 9.5±0.7 9.5±0.3 16.3±0.7 13.2±0.8 74.2±5.0 77.3±5.0

1120oC 9.9±0.7 10.0±0.5 14.6±0.6 12.7±0.7 75.4±5.0 77.4±5.0

0

2

0

4

1040 1060 1080 1100 1120 1140 1160 1180

Rit

iro

lin

erar

e, %

Ass

orb

imen

to d

'acq

ua,

%

Temperatura, °C

16

20GPA

GPA6%

L

Differenze di mixingHF

HI

kPar

Lg

B40

2

2

=⋅

⋅⋅

=ρ

σIndice di deformazione piroplastica

PDD = HI - HF - S [mm]HI = altezza iniziale HF = altezza finale; S = ritiro

Gres A

Gres B

Comportamento in cottura

0

4

8

12

1060 1080 1100 1120 1140

PD

D, m

m

Temperatura, °C

GPA6%

LMicrostruttura

0

10

20

30

40

0 10 20 30 40

Freq

uen

za, %

Distanza tra i grani, mm

GPA6%

GPAGres A

Gres BGres A Gres B

Fase amorfa

Microstruttura e composizione fase amorfa

Composizione fase amorfa SiO2 TiO2 Al2O3 Na2O K2O MgO CaO RO+R2O

Gres A 1100oC 8.88 0.25 1.18 0.55 0.19 0.08 0.18 1

Gres A 1120oC 8.97 0.25 1.15 0.55 0.19 0.08 0.18 1

Gres B 1100oC 9.37 0.24 1.19 0.47 0.16 0.14 0.23 1

Gres B 1120oC 9.43 0.24 1.15 0.47 0.16 0.14 0.23 1

Gres A Gres B

SilicaSiO2

60

70

80

90

1000

10

20

30

40

GPA 1100oCGPA 1120oCGPA6% 1100oCGPA6% 1120oCGPA body mix compositionGPA6% body mix composition

Gres B 1100°CGres B 1120°CGres A1100°CGres A 1120°CGres B crudoGres A crudo

xx

Composizione fase amorfa

Mullite3Al2O3 2SiO2

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

10

20

30

40

50

Flux(RO+R2O) Al2O3 6SiO2

50

60

70

80

90

100

xx

Viscosità fase amorfa

CONCLUSIONI

Progettazione di nuoviimpasti

Prevenzione di difetti- Effetto del Mixing -- Effetto del Mixing -

�La piroplasticità degli impasti riflette differenze composizionali della fase amorfa.�È inversamente proporzionale alla viscosità della fase liquida che si sviluppa.�Mette in luce differenze di processo.�Influisce sulla produttività dell’impianto di produzione.

Grazie della vostraattenzione!

ELISA RAMBALDIE-mail: rambaldi@cencerbo.it Centro Ceramico Bologna, Italy