Nuovissimi compositi ceramici

I composti a matrice ceramica sono stati già utilizzati in applicazioni difficili spaziali ad alta temperatura e i settori di produzione, dei trasporti e dell’energia sono ovvi potenziali beneficiari. Tuttavia, tali materiali avanzati sono attualmente di difficile e costosa produzione, poiché richiedono lunghi tempi di lavorazione e consumo energetico elevato.

Il superamento di queste difficoltà per aprire la porta alle nuove tecnologie dei materiali è l’impulso alla base del progetto HELM, finanziato dall’UE. Gli scienziati stanno studiando tecnologie di riscaldamento a microonde innovative da integrare con i percorsi standard di lavorazione termica a breve termine e per sostituirli alla fine nel lungo termine.

Promettono di ridurre il tempo di lavorazione di almeno il 60 % e il consumo di energia del 50-60 % per la concomitante riduzione dei costi. I percorsi convenzionali in esame sono le infiltrazioni di vapore chimico (CVI), l’infiltrazione di silicio liquido (LSI), l’espansione della grafite (GE) e l’impregnazione e la pirolisi polimerica (PIP).

Per la prima volta è in corso la produzione di una fornace a microonde con infiltrazioni di vapore chimico interamente di grafite per evitare la contaminazione del materiale prodotto. I modelli hanno facilitato la caratterizzazione accurata del comportamento termico ed elettromagnetico della fornace in merito alle pareti di grafite e la fornace in scala pilota è attualmente in fase di completamento.

Le prove su una fornace a microonde con infiltrazione di silicio liquido su piccola scala di laboratorio hanno prodotto risultati molto promettenti. La liquefazione del silicio si è verificata in soli pochi minuti, rispetto alle diverse ore per una fornace industriale tradizionale. Un sistema su scala di laboratorio più vasta e un sistema su scala pilota sono attualmente in costruzione per ulteriori prove e ottimizzazione. Anche il processo a microonde con espansione della grafite si è rivelato molto rapido ed efficace. Una fornace su scala pilota è attualmente in fase di sviluppo in collaborazione tra i partner di settore.

Basandosi sul successo con la camera della fornace a microonde con infiltrazioni di vapore chimico che non utilizza quarzo, il riscaldamento a microonde del processo di impregnazione e pirolisi polimerica sarà eseguito senza cavità al quarzo. Le simulazioni hanno favorito un design in grado di raggiungere un campo di microonde uniforme.

Gli scienziati del progetto HELM sono sulla buona strada per fornire una nuova tecnologia di riscaldamento a microonde in grado di ridurre significativamente i tempi di lavorazione e il consumo di energia rispetto ai soli processi termici standard. Il trattamento prediligerà compositi a matrice ceramica e grafite espansa più convenienti e di alta qualità, consentendo la realizzazione di nuove microstrutture al momento non accessibili con la tecnologia tradizionale.