Che cos'è la schiuma ceramica?
La schiuma ceramica è una struttura leggera costituita da una piccola percentuale di ceramica molto porosa e un'alta percentuale di pori pieni di gas. Le schiume di ceramica tipiche sono porose dal 75 al 90%, sebbene alcune siano ancora più porose. Tali schiume hanno proprietà materiali preziose che le rendono adatte a svariate applicazioni di ingegneria e altre.
La maggior parte delle tecniche di produzione di tale schiuma generalmente comportano l'impregnazione di un'altra struttura di schiuma con impasto ceramico. Questa struttura viene quindi cotta ad alta temperatura in un forno. La ceramica si indurisce mentre il calore del forno distrugge la struttura di base su cui è stata costruita.
Una struttura ceramica leggera e altamente porosa viene così creata come il prodotto finale di questo processo di fabbricazione. Il materiale creato può avere pori sigillati individualmente. Questo tipo di struttura è nota come schiuma a cellule chiuse. Quando i pori della schiuma sono interconnessi attraverso la struttura, si parla di schiuma a cellule aperte.
Le caratteristiche specifiche della particolare schiuma creata dipendono da una varietà di fattori, ma questa classe di materiali è nota per alcune proprietà comuni. La bassa conduttività termica rende la schiuma ceramica particolarmente utile come materiale termoisolante. La sua capacità di resistere a shock termici relativamente elevati lo rende adatto anche ad ambienti difficili come applicazioni industriali e aeronautiche. La caratteristica di elevata porosità di queste schiume significa che sono materiali relativamente leggeri utili in applicazioni in cui è necessario evitare il peso in eccesso.
Le piastrelle utilizzate nei sistemi di protezione termica delle navette spaziali degli Stati Uniti erano esempi classici dell'uso della schiuma ceramica per queste proprietà. I veicoli spaziali che viaggiano tra la terra e lo spazio, durante il lancio o il rientro, incontrano variazioni estreme di temperatura mentre attraversano l'atmosfera ad alta velocità. L'isolamento da questi cambiamenti estremi era necessario per proteggere le navette da questo ambiente estremamente duro. Tuttavia, è molto costoso e ad alta intensità energetica spostare la massa nello spazio, quindi il peso doveva essere ridotto al minimo. La natura leggera della schiuma ceramica unita alle sue proprietà termiche la rendono attraente per l'uso in alcune delle piastrelle installate sulla flotta della navetta.
Oltre ad essere utilizzato come materiale isolante, la schiuma ceramica è anche comunemente impiegata nelle applicazioni di filtrazione. Se utilizzati per la raffinazione di altri materiali, i filtri in schiuma ceramica offrono generalmente tre modalità di filtrazione. Al contatto con l'ingresso del filtro, le particelle più grandi della dimensione dei pori vengono salvate sulla superficie del filtro perché sono troppo grandi per essere attraversate. Questo materiale di backup forma uno strato, noto come strato di torta, sulla superficie del filtro che a sua volta cattura particelle più piccole. Le particelle più fini possono passare attraverso lo strato di torta ma vengono catturate all'interno dei pori del filtro.
Sono anche in fase di sviluppo potenziali nuovi usi della schiuma ceramica. Ad esempio, nell'industria medica è stato studiato per un possibile uso per stimolare la crescita ossea in cui l'osso è stato rimosso, come nei pazienti oncologici. Sono anche considerati piccoli segmenti di schiuma ceramica da utilizzare nel fornire farmaci all'organismo nel tempo attraverso un processo di rilascio controllato.