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Le nanopolveri ceramiche come alternativa ai metalli

I ricercatori finanziati dall'UE hanno sviluppato una nuova tecnologia che favorirà l'uso delle ceramiche basate su nanopolveri, in alternativa ai metalli per la produzione di utensili da taglio del legno resistenti all'usura, dispositivi per uso medico e microdispositivi.
Le nanopolveri ceramiche come alternativa ai metalli
Tipicamente, utensili, attrezzi e accessori da taglio sono prodotti con parti in metallo. Le nanopolveri ceramiche sono potenzialmente un'ottima alternativa ai metalli per la produzione di utensili per il taglio del legno resistenti all'usura ma anche di componenti destinati alla tecnologia medica, microreattori e microsensori.

Per sfruttare al meglio queste potenzialità, i ricercatori europei supportati dal finanziamento del progetto Nanoceram ("Cutting tools and miniaturised parts with complex geometry based on nano powders") hanno cercato di sviluppare una tecnologia chimica al plasma per la produzione di nanopolveri e nuove tecnologie per le modifiche superficiali delle polveri utilizzate nelle normali operazioni di gel casting, stampaggio a iniezione e pressatura. Hanno inoltre lavorato per sviluppare metodi sinterizzazione per la produzione di materiali densi con struttura nanoscopica.

In particolare, i ricercatori si sono concentrati sull'uso di nitruro di silicio (Si3N4) per strumenti da taglio del legno e di ossido di zirconio (ZrO2) stabilizzato con ittria per i componenti di microdispositivi e di apparecchiature per tecnologia medicale.

I ricercatori sono riusciti a produrre quattro lotti di polveri Si3N4 processati al plasma della quantità e qualità necessarie, inducendo modifiche superficiali delle nanopolveri per ottenere una buona dispersione delle particelle e carichi solidi elevati.

Per la produzione di componenti a partire da polvere al plasma Si3N4 pura o in miscele è stata elaborata una procedura di gel casting. Le lamiere ottenute erano prive di difetti, con caratteristiche eccellenti di durezza e resistenza alla flessione e alla frattura.

I componenti ottenuti con la polvere al plasma Si3N4 o miscele tramite gel casting, stampaggio a iniezione di polveri metalliche e pressatura isostatica a freddo sono stati inoltre sinterizzati per ottimizzare i regimi di sinterizzazione.

I test hanno poi confrontato frese prodotte con Si3N4 e frese in metalli molto resistenti: benché le frese ceramiche producano residui o frammenti, l'esame dei bordi con il microscopio elettronico a scansione ad emissione di campo non ha rilevato alcun danno dopo l'affilatura.

Nanoceram ha sviluppato una nuova importante tecnologia che consentirà di produrre utensili per il taglio del legno, componenti medicali e microdispositivi con nanopolveri ceramiche utilizzando normali metodi di formatura come gel casting, stampaggio a iniezione e pressatura.

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