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T-SC
Transparent spinel ceramic
Responsabile: Valentina Biasini
Personale coinvolto: Jan Hostaša, Andreana Piancastelli, Laura Esposito
Data inizio: 23/01/2017
Durata: 18 mesi
Finanziamento totale: 500 000 € (di cui al CNR-ISTEC: 250 000 €)
Bando/Action: Accordo di Progetto n. 2016/02 tra il Ministero della Difesa Italiano e il Ministero della Difesa dello Stato di Israele
Coordinatore: CNR-ISTEC
Consorzio: CNR-ISTEC and ICSI, The Israel Ceramic and Silicate Institute, Haifa, Israel
T-SC è finalizzato allo sviluppo di tecnologie ceramiche avanzate per la produzione di ceramici a base di spinello (MgAl2O4), trasparente in un ampio range di lunghezze d’onda.
I ceramici policristallini trasparenti, grazie alle elevate proprietà chimiche e termo-meccaniche, trovano applicazione come finestre protettive (corazze trasparenti, finestre per veicoli spaziali di nuova generazione), per la protezione di sensori elettro-ottici e come sorgenti di radiazioni laser.
Lo spinello MgAl2O4 è caratterizzato da una struttura cristallina cubica ed è quindi otticamente isotropico. Oltre all’alto punto di fusione, ha eccellenti proprietà meccaniche, eccezionale durezza e elevata trasparenza in un ampio range di lunghezza d’onda, dal vicino UV fino al medio IR. E’ trasparente anche oltre i 4-4,5 μm, lunghezza d’onda che costituisce invece il limite per un altro materiale ceramico proposto per applicazioni simili, il γ-AlON (ossinitruro di alluminio), che tra l’altro ha anche un peso specifico superiore rispetto allo spinello.
Nonostante l’elevato numero di pubblicazioni e le risorse investite, al momento solo poche aziende commercializzano componenti a base di spinello, e tutte utilizzano un processo di produzione un processo estremamente costoso basato sulla sinterizzazione a caldo sotto pressione (fino a 6 GPa) di nanopolveri di MgAl2O4.
Scopo di questo progetto di ricerca è lo sviluppo di una tecnologia di tipo industriale per la produzione di lastre di spinello trasparenti utilizzando materie prime e attrezzature a costi inferiori a quelli attualmente sul mercato.
La tecnologia messa a punto prevede l’uso di polveri Al2O3 e MgO separate anziché le polveri di spinello già sintetizzate. Questo metodo favorisce la densificazione dei componenti mediante sinterizzazione reattiva, accelera il processo di densificazione abbassando la temperatura di sinterizzazione e di conseguenza diminuisce il livello di pressione necessario durante la pressatura a caldo.
Con questo metodo, le condizioni di processo sono molto diverse rispetto alla sinterizzazione di nanopolveri di MgAl2O4, in particolare la pressione e le temperature necessarie per la produzione si abbassano e diventano compatibili con l’uso di apparecchiature di costo medio-basso.
Pubblicazioni e brevetti:
- L. Esposito, A. Piancastelli, P. Miceli, S. Martelli. A thermodynamic approach to obtaining transparent spinel (MgAl2O4) by hot pressing. Journal of the European Ceramic Society, 35 (2015) 651-561
- L. Esposito, A. Piancastelli and S. Martelli. Production and characterization of transparent MgAl2O4 prepared by hot pressing. Journal of the European Ceramic Society, 33 (2013) 737–747