Prof. Antonio Licciulli
Utilità web per gli studenti  

    English   

Homepage

Lessons

Monographs

Research

Photos

Download Exams

Thesis

FAQ

Link 

Materiali ceramici e tecnologie avanzate made in Salento 

 

Pubblicazioni del Dott. Antonio Licciulli

Le competenze e le facilities del Dipartimento di Ingegneria dell’Innovazione dell’Università di Lecce relativi ai materiali ceramici.

 

Ceramici termostrutturali

Vengono studiate e sviluppate diverse tecnologie per la preparazione di compositi a matrice ceramica (Al2O3/Al2O3, SiC/SiC, C/C, C/SiC) per impieghi ad alte temperature. Le competenze del team di ricerca riguardano le tecniche di preparazione quali: slurry infiltration (SI), infiltrazione chimica da fase vapore (CVI), infiltrazione con precursori liquidi: polymer infiltration pyrolysis (PIP), reaction bonding con silicio fuso (RB). Le tecniche elencate sono state studiate e combinate per produrre compositi ad alte prestazioni, con tempi di processo brevi e costi ridotti. 

Tubo composito Nextel720/Al2O3

Foto: La resistenza estrema ad alti valori di deformazione nei compositi ceramici osssido/ossido è testimoniata dalla prova di flessione a tre punti

Un filone specifico di ricerca riguarda l’interfaccia fibra - matrice nei compositi ceramici (lo studio e il controllo dell’interfaccia sono essenziali per la tenacizzazione del composito). Un’ampia gamma di riporti per trattamenti d’interfaccia sono stati sintetizzati e sviluppati: carbonio pirolitico, SiC da CVD, ZrO2, TiO2, SiO2, SnO2 dal processo Sol-Gel.

 

Tubi, bulloni e piastre in composito ceramico a fibre (SiC/SiC, C/C)

 

I compositi CMC prodotti hanno mostrato notevoli resistenze meccaniche (resistenza in flessione oltre 500MPa) e tenacità (strain a rottura fino a 1%) anche dopo test di utilizzo in condizioni critiche (test di ossidazione fino a 1500°C). Attualmente le principali applicazioni riguardano la preparazione di protezioni termiche per veicoli aerospaziali di nuova generazione e di emettitori selettivi operanti ad alta temperatura in sistemi termofotovoltaici.

Il generatore termofotovoltaico

 

 

Schema del combustore del generatore termofotovoltaico. Per operare ad elevate temperature in condizioni di elevata fatica termica il sistema contiene diversi componenti ceramici ideati, e fabbricati dall'Università di Lecce

  .

Dispositivi frenanti in composito ceramico

 

Foto: coppia di pastiglie frenanti in composito C/C Sic

Sono in fase di sviluppo materiali compositi del tipo Cf/C SiC con una tecnica denominata Reaction Bonding. Le caratteristiche meccaniche e tribologiche vengono controllate variando le caratteristiche composizionali e i parametri di processo. Questi materiali sono pensati per sostituire le classiche "pastiglie" frenanti con vantaggi derivanti da una maggiore affidabilità ad alta temperatura, coefficiente di attrito costante, silenziosità. Il lavoro è stato svolto in collaborazione con ROSS di Casarano (Le) che produce materiali frenanti.

Forni e sistemi ad alta temperatura 

Sono stati ideati e realizzati sistemi speciali ad alta temperatura per trattamenti termici e caratterizzazioni avanzate:

- shock termici da 1200°C a 20°C

- misura e studio dell'emissività spettrale

Figura: Forno sperimentale sotto vuoto in grafite (riscaldatore) e fibre di allumina

.

Elettroceramici e sensori 

Il gruppo IMAST svolge attività di ricerca e sviluppo di conduttori trasparenti, sensori per gas, dielettrici, strati buffer. In quest’area particolare impegno è stato profuso nella realizzazione di prototipi di sensori a stato solido per gas. Sensori ottici di gas vengono ottenuti mediante la realizzazione di matrici microporose trasparenti di SiO2, TiO2 contenenti materiali organici attivi. Sensori piezoceramici sono stati utilizzati per la diagnostica avanzata sui materiali (studio di difetti in materiali compositi, cinetiche dei cambiamenti di fase in tecnopolimeri).

Ceramici Piezoelettrici

   

I ceramici piezoelettrici coniugano in un'unico materiale, proprietà strutturali e funzionali. Un'opportunità unica in mano all'ingegnere dei materiali per poter creare dispositivi attuatori, sensori e sistemi "intelligenti". L'attività di ricerca presso il dipartimento comprende la complessa tecnologia che, partendo da polveri perovskitiche  di titanato e zirconato di piombo conduce all'ottenimento di un materiale/dispositivo capace di risuonare secondo parametri imposti nella fase di progettazione: forma geometrica, densità, metodo di polarizzazione. La formatura dei piezoceramici avviene con tecniche di cold pressing e slip casting. Particolari accorgimenti sono necessati durante le fasi di sinterizzazione, metallizzazione e polarizzazione. 

 

Prototipazione rapida  

Combinando la tecnica di stereolitografia laser (SLA) di costruzione additiva di prototipi, con altre tecniche avanzate e tradizionali (fusione a cera persa, sospensioni ceramiche fotopolimerizzabili) sono stati realizzati prototipi in materiale polimerico, metallico, ceramico (silice, allumina), composito a matrice ceramica. I prototipi hanno un grado di finitura pari alle dimensioni minime dello spot del fascio laser 0,1mm.

Stampo refrattario (piccola biella) per colaggio di metalli non ferrosi ottenuto per stereolitografia di sospensioni ceramiche.

.

Un prototipo in 20 ore

Accanto alle attività di ricerca il Dipartimento svolge anche servizi di prototipazione rapida. Informazioni sui servizi e le modalità di erogazione sono disponibili nel sito: www.prototipazione.unile.it 

Il responsabile del servizio è Francesco Montagna, per preventivi, tempi e modalità di esecuzione di prototipi:  tel. 0832 297267   fax 0832 297525

 

Materiali aerospaziali

Combinando le competenze sui materiali compositi e la prototipazione rapida sono stati realizzati componenti avanzati per il settore aerospaziale.

 

Dallo studio al CAD di forme e attrezzaggi di passa alla realizzazione del dimostratore in resina e infine al composito ossido/ossido

 

 

Nose cap per veicolo spaziale da rientro in composito ceramico (Al2O3/Al2O3) e prototipo SLA in resina

Vetri speciali

Attraverso trattamenti funzionali di superficie e speciali processi di laminazione il gruppo di ricerca ha formulato prototipi di vetri speciali per edilizia e trasporto. Di particolare interesse per il settore trasporti è un vetro antiriflesso in grado di ridurre di un ordine di grandezza la luce visibile riflessa. 

Vetri selettivi

Le proprietà ottiche dei vetri possono essere modificate dall' "ingegnere delle superfici". L'obiettivo è la definizione di tecnologie di trattamento superficiale trasferibili dal laboratorio all'industria del vetro piano per architettura e trasporto. Elementi chiave del metodo sono la nucleazione di particelle ceramiche nanometriche in sospensioni alcooliche che devono rimanere stabili per mesi. Le soluzioni vengono impiegate per depositare sulla superficie del vetro film di ossidi metallici. L'utilizzo di codici di calcolo consente di caratterizzare velocemente i film sottili ottenuti sia dal punto di vista ottico che microstrutturale. Lo stesso codice è poi utilizzato per la progettazione di eterostrutture a film sottili quali antiriflesso a larga banda e filtri ottici.

Figura sopra: Unità prototipale per trattamenti funzionali con tecnica sol-gel sviluppata dall' l'Università di Lecce in collaborazione con la ditta Giancarlo Maci di Campi Salentina (Le)

 

Figura: Vetro comune per edilizia reso antiriflesso (metà a sinistra) tramite un deposito multistrato ottenuto con tecnica sol-gel. La parte destra, non trattata riflette il volto del ricercatore mentre sulla parte sinistra la riflessione è attnuata di un'ordine di grandezza. 

 

Figura: Vetro comune ad alta riflessione (metà a destra) ottenuto con trattamento superficiale con tecnica sol-gel

.

Vetri tagliafuoco

Nel settore della sicurezza antincendio il gruppo ha sviluppato il primo prototipo italiano di vetro resistente al fuoco REI60. E' stato anche sviluppato un metodo di laminazione adatto al vetro antifuoco.

 

Prototipo di vetro tagliafuoco sviluppato dall'Università di Lecce in collaborazione con il PASTIS CNRSM (in alto a destra) durante un test REI 60  

 

Ceramiche dentali

L'ambito odontotecnico è uno dei settori più aperti all'innovazione nei materiali. Da diversi anni vengono studiati sistemi per la produzione di protesi "all ceramic" per limitare al massimo l'uso di materiali metallici. Il lavoro di tesi ha riguardato lo sviluppo di un processo innovativo per la produzione di cappette dentali in ceramica. La tecnica sviluppata consente la formatura diretta tramite una modificazione del processo di slip casting a partire da sospensioni ceramiche particolarmente performanti. Il processo risulta molto veloce, semplice ed economico. Una complessa e articolata attività di caratterizzazione è stata intrapresa per poter decidere la validità del processo e dei materiali.

Raccordo ragionato tra competenze, tipologie di materiali e settori applicativi

Aree di competenza

 

Materiali

Applicazioni

Materiali strutturali e termostrutturali

ZrO2, YAG, MoSi2, Amorphous SiO2 (transparent, opaque) Al2O3 Compositi ceramici (SiC/SiC, C/C …)

Protezioni termiche, dischi e ferodi per freni, scambiatori di calore, controllo dell’emissività spettrale ad alta temperatura, tenute rotanti

Prototipazione rapida

Plastica, ceramica, metalli e compositi ceramici

Dimensioni max. prototipi 250x250x250mm

Produzione di prototipi dimostrativi e funzionali, simulazione di profili aerodinamici e di fluidodinamica

Vetri speciali

Vetri tagliafuoco (REI 30-120), vetri antiriflesso, vetri fotocatalitici, vetri IR riflettenti

Sicurezza, protezione incendi, trasporto, torri di controllo

Sensoristica

SnO2, ceramici piezoelettrici, TiO2

Sensori di gas, diagnostica ultrasonora su materiali

Materiali porosi

Materiali microporosi (aerogel, xerogel, carboni attivi), materiali isolanti e refrattari

Isolamento termico ad alta e bassa temperatura, catalisi

 

Principali dotazioni tecniche

 

Strumenti di sintesi

  • Macchina di prototipazione rapida SLA 250, 

  • Presse per termoformatura, 

  • Forni ad alta temperatura (fino a 2000°C in vuoto, 1750°C in aria), 

  • Sistema di deposizione di riporti ceramici sottili per tecnica sol-gel 

  • Mulino planetario per la preparazione di sospensioni ceramiche, 

  • Estrusore

 

 

Strumenti analitici

  • Sistema sperimentale per la misura dell’emissività spettrale ad alta temperatura (fino a 1600°C),

  • Porosimetro Hg

  • Termoanalisi (TG, DSC, TMA)

  • XRD

  • SEM

  • Macchina universale per prove meccaniche

  • Reometro fino a 600°C