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High-frequency ELectro-Magnetic technologies for advanced processing of ceramic matrix composites and graphite expansion

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Nuovissimi compositi ceramici

I compositi a matrice ceramica (CMC) che sfruttano i riempitivi a grafite espansa rappresentano una nuova tecnologia pionieristica dei materiali. Il nuovo riscaldamento a microonde (MW) consentirà di ridurre i tempi di lavorazione e il consumo di energia per migliorare la diffusione sul mercato.

Tecnologie industriali
Energia

I composti a matrice ceramica sono stati già utilizzati in difficili applicazioni spaziali ad alta temperatura, e i settori della manifattura, dei trasporti e dell’energia sono dei logici potenziali beneficiari. Tuttavia, questi materiali avanzati sono attualmente difficili e costosi da produrre, poiché richiedono lunghi tempi di lavorazione e un elevato consumo energetico. Il superamento di queste sfide allo scopo di aprire la porta a nuove tecnologie dei materiali è stato il motivo alla base del progetto finanziato dall’UE HELM (High-frequency electro-magnetic technologies for advanced processing of ceramic matrix composites and graphite expansion). Gli scienziati hanno studiato delle innovative tecnologie di riscaldamento MW integrate con metodi standard di lavorazione termica. Questi ultimi includono infiltrazione chimica in fase di vapore (CVI), infiltrazione di silicio liquido (LSI), espansione della grafite (GE), e impregnazione e pirolisi di polimeri (PIP). Per la prima volta è stata prodotta una fornace MW-CVI fatta interamente di grafite al fine di evitare la contaminazione del materiale prodotto. I test di infiltrazione effettuati su tre differenti materiali hanno mostrato che il tempo di fabbricazione dei CMC è stato ridotto a un terzo in confronto a quello dei convenzionali CVI isotermici. I test su una esistente piccola fornace MW-LSI su scala di laboratorio hanno dato risultati molto promettenti. La liquefazione del silicio si è verificata in solo pochi minuti, rispetto alle diverse ore per una fornace industriale tradizionale. I partner del progetto hanno inoltre prodotto fornaci LSI e GE su scala pilota per produrre sistemi frenanti e piastre antibalistiche, riducendo del 50 % il tempo di lavorazione dei CMC. Basandosi sul successo con la camera della fornace MW-CVI che non utilizzava quarzo, il riscaldamento a microonde del processo PIP è stato eseguito senza una cavità al quarzo. I test su un sistema su piccola scala hanno mostrato delle notevoli riduzioni nel tempo di lavorazione e nel consumo di energia, oltre a miglioramenti in proprietà meccaniche dei CMC come ad esempio la resistenza alla frattura o quella alla trazione. Il lavoro sulla produzione di una fornace PIP su scala più grande, che dovrebbe essere in grado di trattare un preformato per un disco freno, sta continuando anche dopo la conclusione del progetto, visto che c’è ancora spazio per notevoli miglioramenti. Gli scienziati di HELM hanno prodotto una nuova tecnologia di riscaldamento MW che riduce notevolmente il tempo di lavorazione e il consumo di energia in confronto ai processi termici standard da soli. Il trattamento permette di ottenere CMC e grafite espansa più convenienti e di alta qualità, consentendo la realizzazione di nuove microstrutture al momento non accessibili con la tecnologia tradizionale.

Parole chiave

Compositi matrice ceramica, microonde, HELM, espansione grafite, tecnologie riscaldamento

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