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Ceramici polifunzionali
Compositi ceramica-ceramica e ceramica-metallo
Responsabili: Diletta Sciti, Valentina Medri, Frédéric Monteverde
Personale coinvolto: Laura Silvestroni, Luca Zoli, Cesare Melandri, Claudio Capiani, Andreana Piancastelli
Con lo sviluppo di compositi ceramici, si ha la possibilità di progettare e produrre materiali che soddisfino diverse tipologie di requisiti:
- specifiche funzioni elettriche;
- elevata lavorabilità;
- miglioramento delle proprietà meccaniche (resistenza e tenacità a frattura).
L’aggiunta di una fase elettro-conduttiva (ceramica, intermetallica o metallica), in quantità di almeno il 30% in volume, conferisce un’elevata conduttività elettrica a ceramici dielettrici (ad. esempio allumina, nitruro di silicio o di alluminio, carburo di silicio). Tra i compositi studiati all’ISTEC vi sono:
- Si3N4-TiN, Si3N4-MoSi2;
- SiC-AlN-MoSi2;
- Al2O3-TiC, Al2O3-TiB2, Al2O3-TiN, Al2O3-Mo, Al2O3-NiAl;
L’aggiunta di una fase secondaria “lubrificante” come il BN (esagonale) consente anche un’elevata lavorabilità meccanica. L’associazione di funzioni elettriche a quelle termiche e meccaniche rende questi materiali idonei per riscaldatori, accenditori e componenti a resistività elettrica controllata.
I CERMET (compositi metallo-ceramica) a basedi carbonitruri, nichel, cobalto e ferro e metalli duri WC-Co sono invece studiati come utensili per lavorazioni meccaniche. Ad esempio nell’ambito del progetto POR-FESR HI-Score vengono sviluppate soluzioni per la gestione e la riduzione dei consumi energetici, la sostituzione di oli da taglio con fluidi criogenici e lo studio di materiali ceramici per utensili.
Di essi sono valutati:
- il comportamento in sinterizzazione;
- le caratteristiche microstrutturali;
- le proprietà elettriche e termo-meccaniche al variare della composizione.
Strumenti e Processi
- Pressa a caldo (Hot pressing)
- Forni in atmosfera controllata (Tmax: 2400°C)
- Tribometro
- Microdurometro
- Nanoindenter
- Macchine universali prove materiali (Tmax: 1500°C)
Principali collaborazioni
- Consorzio MUSP- Macchine Utensili e Sistemi di Produzione, Piacenza, Italia
- Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla, Centro Mixto CSIC-US, Sevilla, Spain
Progetti
Pubblicazioni e brevetti
- E. Chicardi, F.J. Gotor, V. Medri, S. Guicciardi, S. Lascano, J.M. Córdoba, Hot-Pressing of (Ti, Mt)(C, N)-Co-Mo2C (Mt=Ta, Nb) powdered cermets synthesized by a mechanically induced self-sustaining reaction, Chemical Engineering Journal 292 (2016) 51–61.
- E. Chicardi, Y. Torres, M.J. Sayagués, V. Medri, C. Melandri, J.M. Córdoba, F.J. Gotor, Toughening of complete solid solution cermets by graphite addition, Chemical Engineering Journal 267 (2015) 297–305.
- F.J. Gotor, R. Bermejo, J.M. Córdoba, E. Chicardi, V. Medri, D. Dalle Fabbriche, Y. Torres, Processing and characterisation of cermet/hardmetal laminates with strong interfaces, Materials and Design 58 (2014) 226–233.
- J. M. Córdoba, E. Chicardi, R. Poyato, F. J. Gotor, V. Medri, S. Guicciardi, C. Melandri, Spark plasma sintering of TixTa1_xC0.5N0.5-based cermets: Effects of processing conditions on chemistry, microstructure and mechanical properties, Chemical Engineering Journal 230 (2013) 558–566.