Tecnologie di produzione
Processi di infiltrazione del fuso
Processi di metallurgia delle polveri
Processi nello stato solido
Processi di formazione in-situ
Infiltrazione consta di
-preparazione della preforma porosa
-infiltrazione del fuso nella preforma
-solidificazione del fuso
Preforma ceramica determina il volume di rinforzante
(deve resistere al flusso di metallo e deve permettere
l’impaccamento del rinforzante mantenendo aperti i pori).
Tecnologie per preforme:
pressione in stampo, injection moulding (con
leganti), filtraggio di sospensioni, filament winding
di fibre continue, produzione di schiume ceramiche a
celle aperte, metodo sol-gel.
Necessità di avere resistenza tensile e di taglio tale da
impedire agglomerazioni e, quindi, presenza di regioni non
infiltrate.
Ricoprimenti delle fibre ottenuti soprattutto con CVD, PVD.
Processi di infiltrazione del fuso
-spontanea: la matrice bagna il rinforzo
-forzata: la matrice è spinta nella preforma
vincendo forze di capillarità
Assumendo che non vi siano reazioni di interfaccia, i
fenomeni di capillarità sono descritti dalla variazione di
energia libera per unità di volume di composito
Gi  Av ( fm   fa )
con Av area dell’interfaccia matrice-rinforzante per unità di
volume di composito, fm energia superficiale fibra-matrice,
fa energia superficiale fibra-atmosfera.
Sul fuso, presente in frazione (1-f), agisce una pressione di
capillarità, P
P  (1  f ) 1 Gi
A seconda del segno della quantità (fm - fa), P può essere
negativa (processo spontaneo) o positiva (necessità di
applicare una pressione). Nel secondo caso il bagnamento
può essere parzialmente rientrante.
Ci possono essere effetti chimici nel bagnamento. Reazioni
di interfaccia di solito lo favoriscono. Non è chiaro se questo
influenzi direttamente Gi oppure indirettamente attraverso
ad es. variazioni di temperatura dovute al rilascio del calore
di reazione.
Metodi di infiltrazione
Compocasting: semplice miscelazione di particolato e fuso
seguita da colata
Squeeze casting: il fuso è spinto da un pistone nella
preforma. Utilizzato per componenti automobilistici
(alta produttività).
Infiltrazione a mezzo gas: il fuso viene versato sulla
preforma e quindi spinto da una pressione di gas (adatto a
geometrie complesse).
Altre varianti: infiltrazione con forze indotte da campi
elettromagnetici fluttuanti, da ultrasuoni, centrifuga,
reattiva.
Processi in semi-solido: rheocasting, thixomolding
In ogni caso occorrono stampi resistenti a calore, usura da
metallo fuso, tipicamente fatto con acciai da utensile.
Spray forming
Il fuso viene suddiviso in
goccioline (atomizzazione)
e depositato insieme al
particolato ottenendo in
lingotto.
Buona miscelazione,
microstruttura fine.
Possibili vuoti. Necessario
trattamento secondario
(lavorazione a caldo).
Metallurgia delle polveri
Una delle tecniche più usate.
Tecnologia di uso generale
per componenti sinterizzati.
Il processo consiste in
miscela, fabbricazione del
verde, compattazione a
freddo e a caldo.
Processi per compositi a fibre continue
Deposizione della matrice sulla fibra seguita da pressatura a caldo.
Fabbricazione di un “tessuto” di fibra (maglia) da alternare a fogli
metallici
Tecnica foil-fiber-foil adatta per Ti.
Es. fogli sottili alternati a preforme
di SiC vengono pressati a caldo
(HIP) in modo che si uniscano
mediante diffusione (diffusion
bonding).
Il consolidamento delle lamine tra
loro e con le fibre e la penetrazione
del metallo nell’intreccio di queste
avviene attraverso un processo di
sinterizzazione che si attua
attraverso due fenomeni: creep e
DB.
Processi in situ e riassunto
Compositi sono fabbricati in situ mediante trasformazioni di
fase controllate nello spazio, es. solidificazione direzionale di
eutettici
Principali tecnologie ed
applicazione a compositi
con rinforzo continuo o
discontinuo.