PORCELLANA
PORCELLANA (XXVII, p. 935)
Porcellana per usi elettrici.- In elettrotecnica le p. vengono sempre più largamente usate come isolanti; esse si dividono in p. per basse e per elevate tensioni. Per ottenere prodotti sempre più rispondenti ai requisiti imposti dai varî impieghi si sono diffusi i metodi di foggiatura per pressione a secco, operando anche una deaerazione così da ottenere prodotti più compatti, meno porosi e più resistenti. Per potenziali elevati le porcellane usate sono del tipo vetrificato.
L'impiego di frequenze elevate (radio, ecc.) ha richiesto l'adozione di p. dotate di buone caratteristiche meccaniche, di elevata resistenza agli sbalzi termici, stabili al calore, capaci di non reagire con i varî metalli con i quali possono venire a contatto anche ad alte temperature, oltre che caratterizzate da soddisfacenti proprietà dielettriche e soprattutto da basse perdite dielettriche anche alle frequenze molto alte.
Le forze armate americane hanno distinto le p. per alte frequenze in sei classi in funzione del valore del fattore di perdita (cioè del prodotto della costante dielettrica per la tangente dell'angolo di perdita) misurato sul materiale mantenuto per 48 ore in acqua distillata:
Fra i materiali in grado di rispondere ai varî requisiti sopra indicati e che si vanno sempre più diffondendo in pratica sono da ricordare:
Steatite: prodotto costituito fondamentalmente da talco al quale si aggiunge di solito caolino e carbonato di borio in quantità inferiore al 5-10%. Il materiale cotto risulta costituito prevalentemente da MgO•SiO2 (clinoenstatite) e da cristobalite, oltre che da una massa vetrosa formata dai costituenti del caolino e da ossidi alcalino-terrosi. I manufatti si foggiano per pressione ed è possibile ottenere pezzi con tolleranza delle dimensioni inferiori all'1% e caratterizzati da fattori di perdita molto bassi anche alle alte frequenze; in contrapposto, essi non presentano grande resistenza agli sbalzi di temperatura.
Forsterite: si ottiene partendo ancora da talco addizionato di ossido di magnesio in quantità tale da dare. dopo cottura a circa 1350 °C, come costituente fondamentale 2Mg O•SiO2, immerso in una massa vetrosa. Con questo prodotto si hanno perdite dielettriche ancora più basse che con la steatite; le p. a base di forsterite però presentano coefficienti di dilatazione ancora più alti e quindi minore resistenza agli sbalzi termici.
Cordierite: nel caso interessino prodotti con coefficiente di dilatazione termica basso si ricorre alle p. formate da cordierite (2MgO•Al2O3•5 SiO2) che si ottiene calcinando (a circa 1200 °C) una miscela di talco, ossido di magnesio e caolino, macinando il prodotto ottenuto addizionandolo di caolino e argilla, foggiando la massa e cuocendo nuovamente a temperatura più alta (1300-1350 °C).
Zircone: sostituendo una parte della silice con ZrO2 si ottengono p. meccanicamente migliori, con basso coefficiente di dilatazione termica e con più alta conduttività termica, adatte per alte frequenze causa le loro basse perdite dielettriche. Si fanno anche p. costituite da steatite addizionata di zircone, migliorando con ciò le scarse caratteristiche di resistenza agli sbalzi di temperatura proprie delle steatiti.
P. per usi elettrici dotate di coefficiente di dilatazione termica nullo e addirittura negativo e contenenti come fase cristallina principale silicoalluminato di litio (spodumene, Li2O•Al2O3•4 SiO2) si sono dimostrate dei dielettrici del tutto stabili alle variazioni di temperatura. P. ottenute partendo da wollastonite (CaO•SiO2), con argilla e borosilicato di piombo, cotte a temperature di 1200-1500 °C costituiscono dei dielettrici a bassissimo fattore di perdita, inferiore a 0,004.
Un particolare impiego delle p. è quello che se ne fa nella preparazione di candele per motori; in tale applicazione la p. usata viene a trovarsi sottoposta a condizioni molto gravose; essa deve presentare, oltre a nuove caratteristiche dielettriche, anche alle alte temperature che si sviluppano nei motori d'auto o di aereo, ed elevata rigidità dielettrica, anche un'elevata conduttività termica, una buona resistenza ai rapidi sbalzi di temperatura e buone caratteristiche meccaniche.
Le p. che rispondono meglio a questi numerosi requisiti sono quelle a base di allumina, presente tutta in forma cristallina o sotto forma di cristalli cementati da una piccola quantità di massa vetrosa, che facilita lo sviluppo di cristalli di allumina di dimensioni abbastanza omogenee. I soddisfacenti risultati ottenibili con queste p. non derivano solo dalla scelta di buone materie prime, accuratamente depurate, da un attento controllo della loro cottura. ma anche dai metodi di formatura (per compressione a caldo, per iniezione. per estrusione, ecc.) che consentono di ottenere manufatti di densità elevata ed a struttura uniforme, così da risultare meno soggetti a deformazioni durante la cottura, e da presentare caratteristiche dielettriche costanti in tutta la massa.