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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.
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
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. |
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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. .
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
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. |
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Raccordo ragionato tra competenze, tipologie di materiali e settori applicativi |
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| Principali
dotazioni tecniche |
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Strumenti di sintesi
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Strumenti analitici
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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.
