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Compositi ceramici duali
Architetture composite multi-scala per compositi ceramici tenaci ultra-refrattari
Responsabile: Frédéric Monteverde
Personale coinvolto: Simone Failla, Cesare Melandri, Daniele Dalle Fabbriche
I materiali ceramici possono rompersi velocemente, e senza preavviso, una volta che una o più fessure sono innescate.
L’attività di ricerca mette a punto tecniche innovative di processo capaci di controllare la microstruttura fabbricando così compositi ceramici ultra-refrattari con architetture composite multi-scala altamente performanti per usi strutturali ad alta temperatura in atmosfere severamente ossidanti.
Tali architetture mirano a garantire il mantenimento coattivo senza degrado significativo della resistenza meccanica e della tenacità alla frattura ad alta temperatura. L’ambizione è quella di fondare un nuovo paradigma per i compositi ceramici strutturali con performances superiori ad elevata temperatura, laddove invece le soluzioni attuali riescono ad essere sfruttate con successo solo nell’intorno della temperatura ambiente.
L’attività studia pertanto a dimostrare le correlazioni fondamentali microstruttura-processo-proprietà di tali compositi ceramici ultra-refrattari anche con l’aiuto di modelli numerici appositamente generati, ma il nuovo concetto vuol essere applicabile ad altre combinazioni di compositi ceramici per i quali in generale si desidera un significativo incremento della resistenza alla frattura ad alta temperatura una volta combinati con altre fasi di rinforzo altamente refrattarie.
Le attività di ricerca e sviluppo inerenti a questa classe di compositi vedono una sequenza logica della:
- progettazione composizione;
- preparazione materiali;
- caratterizzazione termo-meccanica;
- realizzazione prototipi;
al fine di definire nuove composizioni adatte per applicazioni ad alta temperatura ma anche di identificare le correlazioni proprietà-microstruttura.
Ottenuta normalmente una formatura in articoli di forma regolare, segue la sinterizzazione a caldo con forni speciali (pressa a caldo, forno assistito da pressione di gas fino a 2400°C in atmosfera inerte).
Dimostratori di ridotte dimensione fino a prototipi di più grandi dimensioni possono essere progettati e realizzati su specifiche richieste.
Pubblicazioni e brevetti
- F. Monteverde, C. Melandri, S. Failla, R.J Grohsmeyer, G.E Hilmas, W.G. Fahrenholtz, Escape from the strength-to-toughness paradox: Bulk ceramics through dual composite architectures, J. of the Europ. Ceram. Soc. 38(8), 2961-2970 (2018)
- F. Monteverde, R.J. Grohsmeyer, A.D. Stanfield, G.E. Hilmas, W.G. Fahrenholtz, Densification behavior of ZrB2-MoSi2 ceramics: The formation and evolution of core-shell solid solution structures, J. of Alloys and Compounds 779, 950-961 (2019)
- R.J Grohsmeyer, L. Silvestroni, G.E. Hilmas, F.Monteverde, W. Fahrenholtz, A. D’Angió, D. Sciti , ZrB2-MoSi2 ceramics: A comprehensive overview of microstructure and properties relationships. Part I: Processing and microstructure, J. of the Europ. Ceram. Soc. 39 (6), 1939-1947 (2019)
- R.J Grohsmeyer, L. Silvestroni, G.E. Hilmas, F.Monteverde, W.G. Fahrenholtz, A. D’Angió, D. Sciti ZrB2-MoSi2 ceramics: A comprehensive overview of microstructure and properties relationships. Part II: Mechanical properties, J. of the Europ. Ceram. Soc. 39(6) 1948-1954 (2019)