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Materiali Avanzati

Materiali compositi ceramici a fibra continua di carburo di silicio (Compositi SiCf/SiC)

Micrografia di composito tridimensionaleMicrografia di composito tridimensionale

I compositi ceramici in fibra e matrice di carburo di silicio (compositi SiCf/SiC) costituiscono una interessante categoria di materiali strutturali o funzionali per applicazioni ad alta temperatura nel campo aerospaziale ed energetico in quanto possiedono una elevata stabilità chimica e resistenza meccanica ad alta temperatura. Questi materiali sono interessanti anche quale materiale strutturale per i reattori a fusione in virtù delle loro caratteristiche di bassa attivazione neutronica. L’attività di R&D per la fusione è rivolta principalmente a migliorare le proprietà termo-meccaniche ed in primo luogo la conducibilità termica.

 

Sviluppo di tecnologie di tessitura tridimensionale di fibre tecniche (carbonio e carburo di silicio) con alta percentuale di fibre lungo lo spessore.
[Collaborazione con Tecnotessile s.r.l. di Prato].

Sezione di una tessitura tridimensionaleSezione di una tessitura
tridimensionale
Sezione di una tessitura tridimensionaleSezione di una tessitura
tridimensionale
La conducibilità termica lungo lo spessore (direzione Z) può essere migliorata oltre che riducendo la porosità dei compositi SiCf/SiC, anche utilizzando particolari tessiture tridimensionali di fibre, ossia sfruttando la conducibilità delle fibre stesse disposte in direzione Z.
Per tale motivo è stata realizzata una attrezzatura per la tessitura di pannelli piani di fibre di carburo di silicio con cui sono state realizzate preforme piane ad alta densità di fibre (40% in volume totale) con una consistente percentuale in direzione Z.

 

Sviluppo di compositi SiCf/SiC avanzati
Pannelli di composito SiCf/SiC tridimensionaliPannelli di composito SiCf/SiC tridimensionaliL’attività consiste nella densificazione con SiC policristallino di tessiture bi o tri-dimensionali tramite tecnologia mista di infiltrazione chimica in fase vapore (CVI) ed impregnazione polimerica e pirolisi (PIP).
Vengono impiegate fibre di SiC stechiometrico (Tyranno SA) tessute in pannelli piani. In primo luogo si deposita, quale interfaccia fibre-matrice, uno strato di carbonio pirolitico avente spessore di 0.1 micron; successivamente uno strato di SiC di 0.2 micron tramite CVI. Infine i pannelli vengono densificati con un processo di infiltrazione di polveri e di polimero (AHPCS-Starfire) con pirolisi fino a 1600°C.
I materiali sviluppati possiedono elevata purezza ( matrice di SiC stechiometrico), buona densità (fino a 2.60 g/cm3), alta conducibilità termica (oltre 30 W/mK) e resistenza a flessione fino a 360 Mpa.

 

Riferimenti e Pubblicazioni