La schiuma ceramica è una struttura leggera costituita da una piccola percentuale di ceramica molto porosa e un’alta percentuale di pori riempiti di gas. Le schiume ceramiche tipiche sono porose dal 75 al 90%, sebbene alcune siano anche più porose. Tali schiume hanno preziose proprietà del materiale che le rendono adatte a una varietà di applicazioni ingegneristiche e di altro tipo.
La maggior parte delle tecniche di fabbricazione per tale schiuma generalmente implicano l’impregnazione di un’altra struttura di schiuma con impasto liquido ceramico. Questa struttura viene poi 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.
Viene così creata una struttura ceramica leggera e altamente porosa come prodotto finale di questo processo di fabbricazione. Il materiale creato può avere pori sigillati individualmente. Questo tipo di struttura è noto come schiuma a cellule chiuse. Quando i pori della schiuma sono interconnessi in tutta la struttura, si parla di schiuma a celle 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 grandi lo rende adatto anche ad ambienti difficili come le applicazioni industriali e aeronautiche. L’elevata porosità caratteristica di queste schiume significa che sono materiali relativamente leggeri utili in applicazioni in cui è necessario evitare un peso eccessivo.
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 sbalzi di temperatura estremi mentre attraversano l’atmosfera ad alta velocità. L’isolamento da questi cambiamenti estremi era necessario per proteggere le navette da questo ambiente estremamente ostile. Tuttavia, è molto costoso e dispendioso in termini di energia spostare la massa nello spazio, quindi il peso doveva essere ridotto al minimo. La natura leggera della schiuma ceramica combinata con le sue proprietà termiche lo ha reso attraente per l’uso in alcune delle piastrelle installate sulla flotta di navette.
Oltre all’uso come materiale isolante, la schiuma ceramica è comunemente impiegata anche nelle applicazioni di filtrazione. Quando vengono utilizzati nella raffinazione di altri materiali, i filtri in schiuma ceramica generalmente forniscono tre modalità di filtrazione. Al contatto con l’ingresso del filtro, le particelle più grandi della dimensione dei pori vengono depositate sulla superficie del filtro perché sono troppo grandi per essere attraversate. Questo materiale di supporto forma uno strato, noto come strato di torta, sulla superficie del filtro che a sua volta cattura le particelle più piccole. Le particelle più fini possono passare attraverso lo strato di torta ma vengono poi catturate all’interno dei pori del filtro.
Sono inoltre in fase di sviluppo potenziali nuovi usi della schiuma ceramica. Ad esempio, nell’industria medica è in fase di studio per un possibile utilizzo per stimolare la crescita ossea dove l’osso è stato rimosso, come nei pazienti oncologici. Si stanno prendendo in considerazione anche segmenti molto piccoli di schiuma ceramica per l’uso nella somministrazione di farmaci al corpo nel tempo attraverso un processo di rilascio controllato.