Sviluppo di giunzioni di materiali compositi a matrice ceramica per applicazioni negli impianti a concentrazione solare (CSP) = Development of joints of ceramic matrix composite materials for applications in concentrated solar plants (CSPs)

L’adozione dell’utilizzo di fonti di energia rinnovabile, come quella solare, è un’alternativa molto importante per contrastare i cambiamenti climatici e ridurre l’inquinamento ambientale. A causa dell’intermittenza della luce solare, nelle centrali a concentrazione solare durante le ore di luce si cerca di prelevarne ingenti quantità da accumulare al fine di fornire energia elettrica in modo continuo. Nonostante lo stoccaggio tramite l’uso di sali fusi sia il metodo più utilizzato, essi presentano molti limiti in termini di conducibilità termica e densità di accumulo di energia. I materiali metallici a cambiamento di fase (mPCM) offrono un’alternativa vantaggiosa perché permettono di superare i limiti teorici dei sali fusi al fine di ridurre i volumi di accumulo e di conseguenza il costo livellato dell’elettricità. Date le alte temperature di esercizio e la loro buona resistenza alla corrosione, i compositi a matrice ceramica SiC/SiC sono i materiali più promettenti per l’impiego come contenitori per i mPCM. Inoltre, la giunzione dei compositi SiC/SiC è necessaria per soddisfare le dimensioni complesse richieste per questo tipo di contenitori, non ottenibili con i tradizionali metodi di fabbricazione. Questa tesi prevede lo studio della giunzione di SiC/SiC utilizzando, come materiali di giunzione, un vetroceramico a base di CaO e Al2O3 (CA) e un adesivo ceramico commerciale a base SiC. Lo scopo della ricerca riguarda la caratterizzazione dei due materiali di giunzione, le informazioni sulla compatibilità chimica e sulla resistenza alla corrosione dei substrati con i due mPCM selezionati, ossia la lega AlSi12 e il silicio puro. Sono state eseguite prove sperimentali per studiare la bagnabilità al variare della temperatura e di compatibilità tramite anche l’uso di un rivestimento protettivo in nitruro di boro sui compositi. L’attività sperimentale ha riguardato una caratterizzazione microstrutturale delle interfacce e dei campioni giuntati, mediante analisi microscopica con microscopia ottica e SEM (microscopia elettronica a scansione) accoppiata a EDS (spettroscopia di dispersione energetica); la caratterizzazione meccanica è stata condotta attraverso prove meccaniche di resistenza al taglio a temperatura ambiente e l'analisi post mortem delle fratture per indagare il modo di rottura.