Materiali ceramici ad alta tenacità per applicazioni aerospaziali

I materiali ceramici a base di boruro di zirconio (ZrB2) sono considerati molto promettenti per applicazioni nel settore aerospaziale, grazie a temperature di fusione superiori a 3000°C. La bassa tenacità a frattura rimane tuttavia uno dei fattori maggiormente limitanti per un loro utilizzo in condizioni di esercizio reali (ossia ambienti altamente corrosivi e temperature di 1500°C o più alte). In questo lavoro, condotto presso ISTEC-CNR di Faenza, ceramici compositi a base di ZrB2 e carburo di silicio (SiC) sono stati ottenuti per sinterizzazione convenzionale, calibrando il ciclo termico inmodo da ottenere l''accrescimento anisotropo del SiC da particelle a piattine. La presenza di elementi a base di SiC di forma allungata permette un considerevole aumento della tenacità alla frattura. Lo studio dimostra che cambiando l'additivo di sinterizzazione, variano significativamente le caratteristiche finali del materiale. L'addizione di nitruro di silicio (Si3N4) come aiuto sinterizzante genera grandi quantità di fase liquida durante lo stadio di consolidamento, con conseguente ingrossamento dei grani sia della matrice sia del SiC. Al contrario, l'aggiunta di siliciuro di molibdeno (MoSi2) dà origine ad una microstruttura più fine con formazione localizzata di liquido e un minor grado di allungamento dei grani di SiC. Queste differenze microstrutturali si riflettono nelle proprietà meccaniche: il materiale con MoSi2 possiede infatti una tenacità e una resistenza meccanica alla flessione decisamente superiori al materiale con Si3N4. Si ipotizza che queste interessanti differenze nelle proprietà di frattura derivino da fattori microstrutturali su scala nanometrica, ossia siano dovute alla diversa composizione chimica dei film sottili collocati a bordo grano lungo le interfacce ZrB2/ZrB2 o ZrB2/SiC.

Autori: D. Sciti, L. Silvestroni, V. Medri, S. Guicciardi

Titolo: Pressureless sintered in situ toughened ZrB2 -SiC platelets ceramics

Rivista: Journal of the European Ceramic Society

Anno: 2011

Riferimenti bibliografici: 31 (2011) 2145-2153