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rapporti - Deliverable

2.5.3.2-Sperimentazioni di soluzioni costruttive di componenti critici di impiego negli scambiatori ceramici ad alta temperatura

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2.5.3.2-Sperimentazioni di soluzioni costruttive di componenti critici di impiego negli scambiatori ceramici ad alta temperatura

Avendo in precedenza identificato gli aspetti maggiormente critici dal punto di vista dei materiali e delle tecnologiche di giunzione per il caso specifico di uno scambiatore di calore in materiale ceramico composito per temperature ultra alte [1 – 4], nel corso dell’attività in oggetto si è deciso di concentrarsi su un aspetto rilevante rappresentato dallo sviluppo di rivestimenti con funzione di barriera ambientale, in grado di proteggere significativamente le fibre di carbonio da fenomeni ossidativi. A tal fine si è provveduto ad acquisire dei campioni di CMC a base di fibre lunghe di carbonio in una matrice CSiC, con e senza rivestimenti protettivi di SiC depositati mediante CVD (Chemical Vapour Deposition), e le polveri da utilizzare per la realizzazione di rivestimenti protettivi. Successivamente, si è proceduto alla messa a punto del processo di deposizione con tecniche plasma spray di rivestimenti a base mullite e a base cordierite. Nel caso specifico della cordierite, non essendo reperibili sul mercato polveri per spruzzatura è stato necessario effettuare la miscelazione di più polveri. Una volta determinati i parametri di deposizione ottimali, sono stati realizzati dei campioni da sottoporre a ossidazione ad alta temperatura, al fine di valutare l’effettiva capacità dei rivestimenti realizzati nel proteggere da fenomeni ossidativi le fibre di carbonio. I principali risultati si possono sintetizzare come segue: – è stato messo a punto il processo di deposizione, mediante plasma spray in atmosfera inerte ad alta pressione, di rivestimenti di mullite su substrati in CMC C/CSiC privi di rivestimento CVD. I rivestimenti realizzati mostrano un buon grado di adesione al substrato e un ridotto contenuto di porosità, comunque di tipo chiuso (aspetto quest’ultimo importante per ridurre al minimo all’ossigeno l’accesso al substrato in fibre di carbonio). – Nel caso di substrati con rivestimento protettivo in SiC CVD non è stato possibile identificare dei parametri di deposizione plsma spray e/o dei trattamenti superficiali del substrato che consentano di ottenere rivestimenti con un grado di adesione soddisfacente. – Per la realizzazione di rivestimenti di cordierite si dovranno individuare delle alternative alla via seguita, in quanto si è verificato sperimentalmente che non avviene la reazione di sintesi della cordierite nella torcia del plasma spray partendo da miscele di polveri nominalmente di composizione tale da potere dare luogo alla formazione di cordierite. Una possibile alternativa potrebbe prevedere la produzione di polvere di cordierite mediante la macinazione di cordierite massiva. – Dalla caratterizzazione della diffusività termica di uno dei rivestimenti di mullite, è stata osservata una ridotta attività di sinterizzazione con l’esposizione alle alte temperature. Questo aspetto può risultare determinante per quanto concerne la vita del rivestimento stesso, e quindi indirettamente anche del componente in oggetto.

– Nel caso di substrato privo del rivestimento SiC depositato mediante CVD, le prove d’invecchiamento hanno evidenziato l’efficacia dei rivestimenti in mullite nella protezione del substrato a base di carbonio da fenomeni ossidativi ad alta temperatura. Al contrario nel caso di campioni con rivestimento SiC CVD, il rivestimento di mullite non contribuisce a ridurre il danneggiamento da ossidazione, poiché l’adesione tra mullite e SiC CVD, già estremamente ridotta, diminuisce ulteriormente nel corso dell’esposizione ad alta temperatura, fornendo così, lungo tutta l’interfaccia tra i due rivestimenti, una via preferenziale per l’ossigeno.

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