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BALTIC
Progetto p.n.r.m “sviluppo e ingegnerizzazione di protezioni balistiche ad alta prestazione a base di compositi ceramici TiB2-B4C”
Responsabile: Diletta Sciti
Personale coinvolto: Simone Failla, Pietro Galizia, Claudio Capiani, Cesare Melandri
Data di inizio: 26/01/2018
Durata: 24 mesi
Finanziamento totale: 587.500 €
Bando: Ministero della difesa – Piano Nazionale della Ricerca Militare
Coordinatore: Diletta Sciti
Consorzio: CNR-ISTEC, Industrie Bitossi
Lo scopo di questo progetto è lo sviluppo di materiali ceramici non ossidici innovativi per la realizzazione di sistemi di protezione sia per individuo che per veicoli.
La sfida che ci poniamo è la produzione di materiali ad alta prestazione e a basso costo. Il carburo di boro (B4C), è uno dei ceramici non ossidici con maggior durezza e minore densità, ma è anche uno dei materiali più costosi da realizzare a causa dell’elevata temperatura di sinterizzazione (> 2000°C).
D’altra parte, un altro materiale ceramico particolarmente interessante per le protezioni balistiche è il diboruro di titanio (TiB2), ancora poco diffuso a causa dell’elevato costo di produzione e della necessità di sinterizzarlo con pressione applicata. Oltre ad essere un materiale ad alto punto di fusione, il TiB2 ha una durezza elevatissima (circa 25 GPa) e una conducibilità elettrica tipica dei metalli. Quest’ultima caratteristica può essere vantaggiosamente utilizzata per lavorare i materiali sinterizzati mediante elettroerosione, una tecnica meno onerosa rispetto alla lavorazione con mole diamantate.
In questo progetto di ricerca, carburo di boro e diboruro di titanio verranno combinati seguendo l’approccio dei materiali compositi, studiando e producendo composizioni sia ricche in B4C sia in TiB2. L’addizione di TiB2 ad una matrice di B4C ha l’effetto di rendere il composito elettroconduttivo e migliorarne la densificazione. L’addizione di B4C a una matrice di TiB2 ha l’effetto di alleggerire il ceramico, migliorarne la sinterizzabilità e aumentarne la durezza.
La durata del progetto è due anni. Il primo anno è dedicato alla progettazione, sinterizzazione, analisi microstrutturale e meccanica dei compositi B4C-TiB2. La sinterizzazione convenzionale verrà preferita a quella mediante pressatura a caldo o mediante spark plasma sintering, al fine di ridurre i costi di processo. La produzione dei materiali sarà seguita da un’intensa caratterizzazione che include l’analisi microstrutturale per verificare l’assenza di porosità e difetti, la buona omogeneità delle fasi presenti, e le proprietà meccaniche (durezza, modulo di Young, tenacità).
Il secondo anno è dedicato alla produzione di piastrine per test balistici preliminari con opportuno substrato, a cui farà seguito la selezione delle composizioni migliori.
Per i test balistici, l’assemblaggio del ceramico col backing opportuno e la valutazione delle prestazioni dei materiali in ambito balistico, il progetto si avvale della collaborazione di Industrie Bitossi. Nella fase finale del progetto, si richiede la collaborazione della Amministrazione Difesa nella conduzione dei test balistici presso i poligoni di tiro secondo le procedure dettate dagli standard STANAG of NIJ.
Pubblicazioni e brevetti
- S. Failla, C. Melandri, L. Zoli, G. Zucca, D. Sciti, Journal of the European Ceramic Society Hard and easy sinterable B4C-TiB2 -based composites doped with WC, J. Eur. Ceram. Soc. 38 (2018) 3089–3095.