Lo sviluppo e l’impiego di materiali compositi avanzati del tipo MMC e CMC è attualmente limitato a causa dell’ (I) alto costo di fabbricazione e di ottenimento di microstrutture all’interfaccia di migliorate performances e prolungata stabilità, in particolare per applicazioni complesse/estreme (trasporto leggero, aerospaziale, reattori nucleari, impianti di produzione di energia, ecc.); (II) necessità di ottimizzare il processo di fabbricazione in termini di parametri di processo, in linea con l’eco-sostenibilità, e infine (III) selezionare opportunamente la fase metallica più adatta per la specifica applicazione. In aggiunta, poichè questi materiali possono attualmente essere prodotti in pezzi di dimensioni limitate, si richiede di mettere a punto dei metodi di giunzione economicamente competitivi che permettano il loro corretto assemblaggio e integrazione. Nello specifico, occorre essere in grado di assemblare i CMC per favorire la loro integrazione in strutture metalliche, di indubbio vantaggio, in particolare, per settori quali il trasporto via terra, aria e veicoli aerospaziali e in generale, per molti settori industriali.
A tale scopo, materiali compositi con caratteristiche termomeccaniche avanzate, possono essere fabbricati agevolmente tramite l’infiltrazione reattiva di materiali porosi a base di C e SiC da parte di leghe liquide ricche di Silicio.
In questo contesto risulta proficuo eseguire indagini preliminari dei fenomeni di interazione che avvengono all’interfaccia originata dalla lega liquida e il substrato refrattario. Infatti vengono eseguiti degli studi teorico-sperimentali di bagnabilità che possono fornire utili indicazioni anche per risolvere molti dei problemi tecnologici tipici dei processi di infiltrazione (restringimento/occlusione dei pori). In aggiunta, indicazioni utili possono derivare da studi teorici delle proprietà termodinamiche e termofisiche della fase metallica che vengono combinati con la sperimentazione. Infatti non è semplice definire a priori i fenomeni interfacciali poiché sono spesso accompagnati da reazione, diffusione, evaporazione, ecc. Questo è il caso dell’infiltrazione reattiva, la quale evolve spontaneamente ma spesso fenomeni concomitanti ne determinano lo scarso rendimento. Ciò è dovuto alla comparsa di prodotti di reazione alle pareti dei pori.
Quanto detto risulta fondamentale sia per la produzione di compositi compatti sia per la produzione o giunzione di compositi la cui fase di rinforzo è costituita da fibre di C e/o SiC. Infatti le interazioni sopracitate possono provocare la dissoluzione delle fibre e conseguente diminuzione delle proprietà termomeccaniche del composito risultante.
Per quanto detto, allo scopo di condurre un’indagine in condizioni operative simili ai processi convenzionali usati nell’industria, materiali compositi di particolare interesse vengono prodotti infiltrando un materiale poroso da leghe di Silicio in condizioni sperimentali controllate (T, atmosfera, pressione totale, tempo di processo, ecc.). Utilizzando il metodo della goccia sessile si eseguono studi di base sulla bagnabilità e infiltrazione reattiva e si analizzano tutti i fenomeni interfacciali osservati. Dopo l’esperimento le microstrutture ottenute vengono analizzate tramite tecniche OM, X-Ray e SEM/EDS.