La ceramica è una delle industrie più antiche che risale a migliaia di anni fa. Una volta che gli uomini scoprirono che l’argilla poteva essere trovata in abbondanza e formata in oggetti mescolando prima con acqua e poi cuocendo, nacque un’industria chiave. Il più antico manufatto di ceramica conosciuto è datato al 28.000 a.C. (BCE = Before Common Era), durante il tardo Paleolitico. Si tratta di una statuetta di donna, chiamata la Venere di Dolní Věstonice, proveniente da un piccolo insediamento preistorico vicino a Brno, nella Repubblica Ceca. In questa località, centinaia di statuette di argilla che rappresentano animali dell’era glaciale sono state scoperte anche vicino ai resti di un forno a forma di ferro di cavallo.
I primi esempi di ceramica apparvero in Asia orientale diverse migliaia di anni dopo. Nella grotta di Xianrendong in Cina, sono stati trovati frammenti di vasi datati al 18.000-17.000 a.C. Si ritiene che dalla Cina l’uso della ceramica si sia successivamente diffuso in Giappone e nella regione dell’Estremo Oriente russo, dove gli archeologi hanno trovato frammenti di manufatti ceramici risalenti al 14.000 a.C.
L’uso della ceramica aumentò drammaticamente durante il periodo neolitico, con la creazione di comunità stanziali dedicate all’agricoltura e all’allevamento. A partire dal 9.000 a.C. circa, le ceramiche a base di argilla divennero popolari come contenitori per acqua e cibo, oggetti d’arte, piastrelle e mattoni, e il loro uso si diffuse dall’Asia al Medio Oriente e all’Europa. I primi prodotti erano semplicemente essiccati al sole o cotti a bassa temperatura (sotto i 1.000°C) in forni rudimentali scavati nel terreno. La ceramica era monocromatica o decorata dipingendo semplici motivi lineari o geometrici.
Si sa che, intorno al 7.000 a.C., la gente usava già strumenti affilati fatti di ossidiana, un vetro vulcanico naturale. Lo storico romano Plinio riportò che il primo vetro artificiale fu prodotto accidentalmente da mercanti fenici nel 5.000 a.C., quando, mentre si riposavano su una spiaggia, posarono pentole da cucina su rocce ricche di sodio vicino a un fuoco. Il calore del fuoco sciolse le rocce e le mescolò con la sabbia, formando vetro fuso.
Gli archeologi non sono stati in grado di confermare il racconto di Plinio. Invece, semplici oggetti di vetro, come le perle, sono stati scoperti in Mesopotamia e in Egitto e risalgono al 3.500 a.C. All’inizio dell’età del bronzo, in Mesopotamia si produceva ceramica smaltata. Tuttavia, non fu fino al 1.500 a.C. che gli egiziani iniziarono a costruire fabbriche per creare vasellame di vetro per unguenti e olii.
Una delle prime scoperte nella fabbricazione della ceramica fu l’invenzione della ruota, nel 3.500 a.C. L’introduzione della ruota ha permesso l’utilizzo della tecnica di formatura a ruota per produrre manufatti ceramici con simmetria radiale.
Nel frattempo, il vasellame ceramico si è evoluto nell’uso di pitture sempre più elaborate, così che questi oggetti alla fine sono diventati veri e propri pezzi d’arte. Le decorazioni comportavano anche l’uso di atmosfere ossidanti e riducenti durante la cottura per ottenere effetti speciali. I vasi attici greci del VI e V secolo a.C. sono considerati l’apice di questa evoluzione.
Per tutto il XVI secolo d.C. (CE = Common Era), la terracotta rimase la principale classe di prodotti ceramici fabbricati in Europa e nel Medio Oriente. I cinesi furono i primi a introdurre forni ad alta temperatura in grado di raggiungere i 1350°C e, intorno al 600 CE, svilupparono la porcellana (un materiale con meno dell’1% di porosità) dall’argilla caolinica. Durante il Medioevo, il commercio attraverso la Via della Seta permise l’introduzione e la diffusione della porcellana in tutti i paesi islamici prima e poi in Europa, grazie soprattutto ai viaggi di Marco Polo.
Entro il XV secolo furono sviluppati in Europa i primi altiforni, capaci di raggiungere fino a 1.500°C. Venivano usati per fondere il ferro e inizialmente erano costruiti con materiali naturali. Quando nel XVI secolo furono sviluppati materiali sintetici con una migliore resistenza alle alte temperature (chiamati refrattari), nacque la rivoluzione industriale. Questi refrattari crearono le condizioni necessarie per la fusione dei metalli e del vetro su scala industriale, così come per la produzione di coke, cemento, prodotti chimici e ceramiche.
Da allora, l’industria ceramica ha subito una profonda trasformazione. Non solo la ceramica tradizionale e il vetro sono diventati onnipresenti, ma nel corso degli anni sono stati sviluppati nuovi prodotti per sfruttare le proprietà uniche di questi materiali, come la loro bassa conduttività termica ed elettrica, l’alta resistenza chimica e l’alto punto di fusione. Intorno al 1850 furono introdotti i primi isolatori elettrici in porcellana, dando inizio all’era della ceramica tecnica.
Dopo la seconda guerra mondiale, la ceramica e il vetro hanno contribuito alla crescita di molti campi tecnologicamente avanzati, tra cui l’elettronica, l’optoelettronica, il settore medico, l’energia, l’automotive, l’aerospaziale e l’esplorazione dello spazio. Inoltre, le innovazioni nella lavorazione della ceramica e nelle tecniche di caratterizzazione hanno permesso la creazione di materiali con proprietà su misura che soddisfano i requisiti di applicazioni specifiche e personalizzate. Negli ultimi anni, la lavorazione della ceramica ha acquisito nuovo vigore dalla nanotecnologia, che sta permettendo ai produttori di introdurre materiali e prodotti con proprietà non convenzionali, come ceramiche trasparenti, ceramiche duttili, ossa iperelastiche e condensatori microscopici.
Tutti questi progressi dovrebbero spingere l’industria globale della ceramica e del vetro a diventare un mercato di quasi 1,1 trilioni di dollari nel 2023, da una stima di 800 miliardi di dollari nel 2018.
Un riassunto delle pietre miliari più rilevanti nella storia della ceramica e del vetro è fornito nella tabella sottostante.
| Anno(i) | Sviluppo |
|---|---|
| 28.000 BCE | Le statuette di ceramica sono utilizzate per scopi cerimoniali. |
| 18.000 a.C. | Compare la ceramica cinese. |
| 18.000 a.C. a 14.000 a.C. | La ceramica si diffonde in Asia orientale. |
| 9.000 a.C. | I prodotti in ceramica, come vasi, mattoni e piastrelle, diventano popolari in Medio Oriente ed Europa. |
| 7.000 a.C. | Appaiono strumenti affilati fatti di vetro naturale. |
| 5.000 a.C. | I mercanti fenici probabilmente fanno il primo vetro. |
| 3.500 a.C. | Semplici oggetti di vetro sono fabbricati in Mesopotamia e in Egitto. |
| 3.500 a.C. | Viene inventata la ruota, che sarà poi applicata nella formatura a ruota della ceramica. |
| 3.000 a.C. | La ceramica smaltata viene prodotta in Mesopotamia. |
| 1.500 a.C. | Giziani iniziano a costruire fabbriche per la produzione di oggetti di vetro. |
| 700 a.C. | La ceramica diventa opera d’arte nella Grecia attica. |
| 600 d.C. | 600 CECinese introduce porcellana. |
| 1400 | I forni ad alta temperatura sono sviluppati in Europa per uso metallurgico. |
| 1500 | I materiali refrattari ad alta temperatura sono introdotti per costruire forni per produrre acciaio, vetro, ceramica e cemento, aprendo la strada alla rivoluzione industriale. |
| Metà del 1800 | Si inventano gli isolanti elettrici in porcellana e le lampadine a incandescenza. |
| 1920 | Si introduce la porcellana arricchita di quarzo ad alta resistenza per isolanti, candele di allumina, vetri per automobili e condensatori di ceramica. |
| 1940 | Inizia la ricerca sui materiali ossido-magnetici (ferriti) e materiali ferroelettrici. |
| 1950 | Si sviluppano condensatori ceramici basati sul titanato di bario. |
| anni ’60 | Si introducono isolatori di allumina per tensioni superiori a 220 kV e si sviluppano applicazioni per carburi e nitruri. Viene inventata la prima ceramica trasparente a base di ittrio. Viene anche scoperto il biovetro. |
| anni ’70 | Si sviluppa la zirconia parzialmente stabilizzata. Vengono commercializzati substrati ceramici cellulari ad alte prestazioni per convertitori catalitici e filtri antiparticolato per motori diesel. |
| 1980 | Si sviluppano superconduttori ceramici ad alta temperatura. |
| 1990 | Vengono commercializzati circuiti ceramici multistrato (ceramica cotta a bassa temperatura). Vengono introdotte le ceramiche a bassa fusione per le protesi dentarie. I primi compositi di allumina rinforzati con baffi sono fabbricati per pressatura a caldo. Vengono sviluppati granati policristallini di neodimio-ottrio-alluminio per laser a stato solido. |
| Fine anni 90 | Le iniziative di nanotecnologia iniziano a proliferare in tutto il mondo. |
| Fine anni 90 | Viene sviluppato il processo di robocasting per la stampa 3D della ceramica. |
| anni 2000 | Con la creazione di compositi a base di ZrB2/HfB2 che resistono a temperature fino a 2.200°C, la NASA ravviva l’interesse nello sviluppo di ceramiche ad altissima temperatura (UHTC) per la fabbricazione di aerei ipersonici e veicoli spaziali riutilizzabili. |
| 2010 | Si stanno sviluppando vari processi per la stampa 3D di ceramiche tecniche. Nel 2017 il primo osso iperelastico viene creato tramite stampa 3D. |