Giunzioni di compositi SiCf/SiC per applicazioni nel settore dell’energia nucleare = Joining of SiCf/SiC composites in the nuclear energy field

Il lavoro di questa tesi si introduce all’interno dell’agenda del progetto europeo “Il Trovatore”, che propone lo sviluppo di materiali innovativi per la costruzione dei tubi contenenti combustibile fissile nei reattori nucleari ad acqua leggera, tra cui i compositi SiCf/SiC. Tali manufatti hanno un volume ed una geometria tali da non consentirne la produzione in un unico componente ma rendere obbligatorio il ricorso ad una giunzione. La realizzazione di giunzioni efficaci tra ceramici ad alta prestazione è un problema tecnologico attuale, la cui risoluzione amplierebbe le possibilità applicative di ceramici massivi e compositi a matrice ceramica. In questa trattazione sono state innanzitutto brevemente descritte le più comuni tecniche di giunzione dei materiali ceramici, valutandone l’applicabilità per la specifica applicazione in base alla capacità di produrre una giunzione “nuclear grade” efficace e con processo produttivo che non richieda uso di pressione. Sono stati selezionati come i più promettenti due approcci, il metodo vetroceramico ed il metodo “polymer derived ceramics”, che si pone come obiettivo la realizzazione di una giunzione total-SiC, grazie alla conversioni di policarbosilani in carburo di silicio cristallino a seguito di un trattamento termico. Partendo dallo stato dell’arte sui materiali ed i metodi, ne è stata implementata la comprensione attraverso numerose prove sperimentali e caratterizzazioni: si è proceduto ad analisi morfologiche e composizionali e in alcuni casi di termogravimetria. Di fronte ai limiti dei materiali di giunzione, sono state proposte e testate delle soluzioni alternative. Infine, è stata fornita una breve rassegna di materiali alternativi validi per la giunzione di compositi SiCf/SiC al di fuori dell’applicazione in ambito nucleare, in virtù di una collaborazione esterna al progetto.