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Guide ai materiali – Proprietà dei materiali e tabelle di confronto
Peso specifico
Questa tabella mostra il peso specifico dei materiali, ovvero la densità di un materiale rispetto alla densità dell’acqua.
Rispetto ai metalli, la ceramica tende ad avere meno della metà della densità. Inoltre, il tungsteno è più pesante del piombo e circa lo stesso peso dell’oro, il che lo rende un materiale insolitamente denso. Per questo motivo, il tungsteno viene spesso utilizzato come schermatura dalle radiazioni.
Grafico comparativo del peso specifico
Durezza
Questo grafico mostra la durezza di vari materiali misurata con la durezza Vickers.
Le ceramiche tendono a essere molto più dure dei metalli comunemente utilizzati. Ciò significa che hanno una maggiore resistenza all’usura e sono ampiamente utilizzati come materiali resistenti all’abrasione.
Grafico comparativo della durezza
Modulo di Young
Più alto è il modulo di Young di un certo materiale, più è rigido e meglio può resistere alle tensioni.
Rispetto ad altri materiali, la ceramica, il tungsteno e il molibdeno hanno un modulo di Young molto elevato.
Grafico comparativo del modulo di Young
Tenacità alla frattura
La tenacità alla frattura può essere definita come la resistenza alla crescita delle cricche.
In generale, i ceramici sono estremamente fragili. Tuttavia, tra questi, l’ossido di zirconio ha un’elevata tenacità alla frattura e viene spesso utilizzato in coltelli da cucina, forbici e palle da demolizione.
Grafico comparativo della tenacità alla frattura
Temperatura massima di utilizzo
La temperatura massima di utilizzo determina l’intervallo di temperatura in cui è possibile utilizzare un materiale. Varia a seconda dell’atmosfera. I materiali con un elevato punto di fusione, come il tungsteno, il molibdeno e la ceramica, hanno diverse applicazioni che richiedono un’elevata resistenza al calore. Ad esempio, materiali per forni, crogioli e schermature termiche.
Grafico comparativo della temperatura massima di utilizzo
Resistenza agli shock termici
Intervallo di temperatura in cui un materiale può resistere a rapidi cambiamenti di temperatura. Maggiore è la resistenza agli shock termici, minore è il rischio che il materiale si rompa a causa di rapidi cambiamenti di temperatura. Il vetro e la ceramica si rompono facilmente in caso di brusche variazioni di temperatura. Tuttavia, il nitruro di boro, il quarzo e il nitruro di silicio hanno una resistenza agli shock termici molto elevata. Questi materiali sono spesso utilizzati in componenti che devono resistere a fluttuazioni di temperatura estreme.
Grafico comparativo della resistenza agli shock termici
Conducibilità termica
Questo grafico mostra la capacità di trasferire il calore attraverso i diversi materiali.
Alcune ceramiche, come il nitruro di alluminio e il carburo di silicio, hanno un’elevata conducibilità termica, mentre altre, come la zirconia, hanno una conducibilità molto bassa. Il tungsteno e il molibdeno conducono bene il calore.
Grafico di confronto della conducibilità termica
Coefficiente di espansione termica
Tasso di espansione del materiale in risposta a una variazione di temperatura.
“Poiché la ceramica, il tungsteno e il molibdeno hanno un basso coefficiente di espansione termica, il cambiamento di forma in risposta alla variazione di temperatura è minimo. ”
Grafico comparativo del coefficiente di espansione termica
Resistività elettrica
La resistività elettrica, nota anche come resistività di volume, è una proprietà che spiega quanto sia difficile per l’elettricità passare attraverso un materiale. La ceramica in generale ha un’elevata resistività elettrica. Pertanto, sono comunemente utilizzate come materiali isolanti. Alcune ceramiche hanno proprietà elettroconduttive, come il SiC.
Grafico della resistività elettrica
Permeabilità relativa
La permittività descrive la polarizzazione dielettrica che si verifica in un materiale applicandovi un campo elettrico. La permittività relativa (nota anche come costante dielettrica) è la permittività di un materiale in rapporto alla permittività del vuoto. Quanto più bassa è la permittività relativa, tanto minore è la polarizzazione dielettrica che si stabilisce in un materiale. Pertanto, il materiale viene difficilmente influenzato dai campi elettrici circostanti. Per questo motivo, la sua applicazione più diffusa è nelle apparecchiature per la lavorazione dei semiconduttori.
Resistenza alla corrosione
La resistenza alla corrosione descrive la capacità di un materiale di resistere agli effetti chimici o biologici senza degradare le sue proprietà o la sua struttura. Poiché la ceramica ha un’elevata resistenza alla corrosione, può essere utilizzata in arti protesici e in varie altre parti resistenti alla corrosione. Il tungsteno resiste agli acidi e agli alcali in modo simile alla ceramica.
Conducibilità elettrica
In generale, le ceramiche avanzate sono materiali isolanti che non conducono elettricità. A seconda della tensione o della temperatura, alcuni di essi possono diventare semiconduttori.
Piezoelettricità
Dopo aver applicato una sollecitazione meccanica ai materiali, alcuni di essi generano carica elettrica. Al contrario, si verifica l’effetto piezoelettrico inverso, quando si applica un campo elettrico e si genera una deformazione del materiale. I materiali ceramici piezoelettrici hanno una struttura policristallina. Un esempio di materiale piezoelettrico è il titanato di zirconio di piombo (PTZ).
