Scheda di dettaglio
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Produzione di componenti a forma complessa in materiale ceramico
fibro-rinforzato a gradiente funzionale ad alta tenacità e resistenza all’ossidazione |
Oggetto della presente invenzione è la produzione di componenti ceramici di forma complessa a matrice ultra-refrattaria a gradiente funzionale rinforzati con fibre discontinue di carbonio, C, o carburo di silicio, SiC, aventi elevata tenacità e resistenza all’ablazione.
I materiali ceramici ultra refrattari (UHTC) hanno ottima resistenza all’ablazione, ma scarsa tenacità alla frattura. L’aggiunta di fibre discontinue di C o SiC migliora notevolmente la capacità di resistere al propagarsi delle fessure, ma induce un drastico peggioramento della resistenza all’ossidazione e ablazione a causa della loro preferenziale corrosione.
Nella presente invenzione, la parte del materiale ricca di fibre conferisce una maggiore resistenza alla tenacità fino alle alte temperature, mentre la parte ricca in matrice garantisce resistenza all’ablazione.
L'invenzione fa inoltre utilizzo di fibre di Carbonio anziché di SiC per ovviare al processo di ossidazione attiva della fase SiC a profondità prossime alla superficie che lasciano larghe cavità nel materiale e ne indeboliscono l’intera struttura. La fibra di carbonio invece rimane protetta dalla matrice UHTC e inoltre presenta diversi vantaggi, tra cui la possibilità di raddoppiare i valori di tenacità alla frattura, da temperatura ambiente fino a 1500°C.
Inoltre è possibile ottenere forme complesse grazie alla formatura mediante sospensioni acquose colabili in stampi di gesso.
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Inventori
- Frazzoli Chiara
- Monacelli Fabrizio
- DRAGONE ROBERTO
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TitolaritÀ
- Consiglio Nazionale delle Ricerche
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Classificazioni
- ricerca/analisi di materiali per mezzo della determinazione delle loro proprietà chimiche-fisiche
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Settore Tecnologico
- Qualità alimentare e sicurezza
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Keyword
- Functionally gradient materials; Ultra-high temperature ceramics, short fiber, fracture toughness, Oxidation resistance
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Vantaggi
La presente invenzione presenta quindi diversi vantaggi rispetto alle tecnologie e materiali noti:
- Consente di aumentare il contenuto totale di fibra, per cui la densità totale del materiale diminuisce. Questa porta a sua volta diversi vantaggi tra cui la possibilità di mandare in orbita un componente più leggero così da ridurre drasticamente la quantità di carburante necessaria per il volo e di conseguenza anche le emissioni gassose.
- Si arriva ad aumentare la tenacità alla frattura sia a temperatura ambiente e specialmente ad elevata temperatura. Nel caso specifico della fibra corta di C in matrice UHTC non si erano verificati aumenti di tenacità alla frattura. Invece con l’architettura a gradiente proposta nell’invenzione si ottengono miglioramenti di rilievo fino alle alte temperature.
- Versatilità composizionale a seconda dell’ambiente e delle temperature di esercizio. Ogni strato della struttura è adattabile in spessore e composizione in modo da proteggere il materiale sottostante dall’ablazione e dall’ossidazione alle temperature di lavoro.
- Possibilità di utilizzo in forma di sospensioni acquose nel rispetto dell’ambiente. Poiché la fibra corta è assimilabile a materiale particellare, è possibile utilizzare le tecniche di formatura tradizionali note in ceramica, garantendo quindi maggiore semplicità e versatilità di processo rispetto all’ottenimento di materiali compositi CMC a fibra continua. Con opportuno controllo dei quantitativi volumetrici solido/umido, è possibile disperdere le varie miscele contenenti fibra corta in sospensioni acquose e colarle in stampi di gesso.
- A conseguenza di quanto sopra, è possibile ottenere componenti a forma complessa riducendo drasticamente i costi di lavorazione dei componenti finali. |
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