Next generation ceramic composites for combustion harsh environments and space

Responsabile: Diletta Sciti

Personale coinvolto: Luca Zoli, Antonio Vinci, Laura Silvestroni, Frédéric Monteverde, Federico Saraga, Pietro Galizia, Simone Failla, Daniele Dalle Fabbriche, Cesare Melandri, Claudio Capiani

Data di inizio: 01/06/2016
Durata: 48 mesi
Finanziamento: 8,033,034.97 €
Bando: NMP-19-2015
Azione: RIA
Coordinatore: Diletta Sciti
Consorzio: Accademia (Università di Napoli Federico II, Università di Birmingham, Trinity College di Dublino), Centri di ricerca (Consiglio Nazionale delle Ricerche – Istituto di Scienza e Tecnologia dei Materiali Ceramici, Fundación Tecnalia Research and Innovation, Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt), PMI (IN Srl, NANOKER Research SL, High Performance Structure Gestão e Engenharia Lda), grandi industrie (Avio S.p.A., Airbus Safran Launchers, Airbus Group Innovations).
Sito web ufficiale: www.c3harme.eu

C3HARME (Grant agreement No 685594) è un progetto finanziato nell’ambito del bando NMP-19-2015 del programma Europeo Horizon 2020 il cui scopo è lo sviluppo, produzione e validazione di una nuova classe di materiali ibridi detti Ultra High Temperature Ceramic Matrix Composites (UHTCMCs). Questi compositi sono costituititi da fibre/preforme di Carbonio o Carburo di Silicio e matrici ceramiche ultra-refrattarie e dovranno essere non solo affidabili, convenienti e scalabili, ma anche in grado di auto-ripararsi dai danni causati durante il funzionamento in ambienti estremi.

Questo progetto è stato stimolato dall’esigenza di mettere a punto nuovi materiali per ambienti estremi. I sistemi di protezione termica dei veicoli spaziali devono resistere a temperature molto elevate e ad intensi carichi meccanici dovuti ad esempio alle vibrazioni al momento del lancio e alle pressioni dinamiche durante il rientro nell’atmosfera terrestre. Gli ugelli dei razzi a propellenti solidi o ibridi devono sopravvivere all’erosione sia meccanica sia chimica e a pressioni molto intense prodotte dalla combustione dei propellenti solidi ad alte prestazioni. La combinazione di temperature estreme, ambienti chimicamente aggressivi, e fenomeni di rapido riscaldamento e raffreddamento genera condizioni così severe da andare ben oltre i limiti tecnici dei materiali attualmente in uso.

 

Descrizione
Esempio di microstruttura di UHTCMC

 

Approfondimenti

https://www.youtube.com/watch?v=QJpqongYVcs

 

Pubblicazioni e brevetti

  • L. Silvestroni, N. Gilli, A. Migliori, D. Sciti, J. Watts, G.E. Hilmas, W.G. Fahrenholtz. A simple route to fabricate strong boride hierarchical composites for use at ultra-high temperature. In press at Composites B.
  • L. Silvestroni, C. Melandri, V. Venkatachalam, J. Binner, D. Sciti. Merging toughness and oxidation resistance in a light ZrB2 composite. Materials and Design 183 (2019) 108078.
  • D. Sciti, L. Silvestroni, F. Monteverde, A. Vinci, L. Zoli. Introduction to H2020 project C3HARME – Next generation Ceramic Composites for Combustion Harsh Environment and space. Advances at Applied Ceramics: Structural, Functional and Bioceramics, 117 [S1] (2018) S70-75.
  • L. Silvestroni, S. Failla, A. Vinci, L. Zoli, V. Rubio, J. Binner, D. Sciti. Ablation behaviour of ultra-high temperature ceramic matrix composites: Role of MeSi2 addition. Journal of the European Ceramic Society 39 (2019) 2771–2781.
  • L. Silvestroni, S. Mungiguerra, D. Sciti, G. D. Di Martino, R. Savino. Effect of hypersonic flow chemical composition on the oxidation behavior of a super-strong UHTC. Corrosion Science 159 (2019) 108125.
  • M.A. Lagos, C. Pellegrini, I.Agote, N.Azurmendi, J.Barcena, M.Parco, L.Silvestroni, L.Zoli, D.Sciti. Ti3SiC2-Cf composites by spark plasma sintering: Processing, microstructure and thermo-mechanical properties. Journal of the European Ceramic Society, available online 16 March 2019.
  • L. Silvestroni, A.Vinci, S.Failla, L.Zoli, V.Rubio, J.Binner, D.Sciti Ablation behaviour of ultra-high temperature ceramic matrix composites: role of MeSi2 addition, Journal of the European Ceramic Society, available online 15 March 2019.
  • S.Mungiguerra, G.D.Di Martino, A.Cecere, R.Savino, L.Silvestroni, A.Vinci, L.Zoli, D.Sciti Arc-jet wind tunnel characterization of ultra-high-temperature ceramic matrix composites Corrosion Science, Volume 149, 1 April 2019, Pages 18-28.
  • P. Galizia, L. Zoli, D. Sciti. Impact of residual stress on thermal damage accumulation, and Young’s modulus of fiber-reinforced ultra-high temperature ceramics. Materials & Design, Volume 160, 15 December 2018, Pages 803-809.
  • Vinci, L. Zoli, D. Sciti, J. Watts, G.E.Hilmas, W.G.Fahrenholtz. Mechanical behaviour of carbon fibre reinforced TaC/SiC and ZrC/SiC composites up to 2100°C. Journal of the European Ceramic Society, Volume 39, Issue 4, April 2019, Pages 780-787.
  • S. Failla, P. Galizia, L. Zoli, A. Vinci, D. Sciti. Toughening effect of non-periodic fiber distribution on crack propagation energy of UHTC composites Journal of Alloys and Compounds, Volume 777, 10 March 2019, Pages 612-618,November 2018.
  • Vinci, L. Zoli, D. Sciti. Influence of SiC content on the oxidation of carbon fibre reinforced ZrB2/SiC composites at 1500 and 1650°C in air. Journal of the European Ceramic Society, Volume 38, Issue 11, September 2018, Pages 3767-3776.
  • L Zoli, A Vinci, P Galizia, C Melandri, D Sciti. On the thermal shock resistance and mechanical properties of novel unidirectional UHTCMCs for extreme environments. Scientific Reports volume 8, Article number: 9148 (June 2018).
  • Vinci A., Zoli L., Sciti D., Cesare M. & Guicciardi S. Understanding the mechanical properties of novel UHTCMCs through random forest and regression tree analysis. Materials & Design, Volume 145, 5 May 2018, Pages 97-107 (2018).
  • L. Silvestroni, K. Stricker, D. Sciti, H.J. Kleebe. Understanding the oxidation behavior of a ZrB2-MoSi2composite at ultra-high temperatures. Acta Materialia, March 2018.
  • P. Galizia, S. Failla, L. Zoli, D. Sciti. Tough salami-inspired Cf/ZrB2 UHTCMCs produced by electrophoretic deposition Journal of the European Ceramic Society, Volume 38, Issue 2, February 2018, Pages 403-409.
  • Zoli L, Galizia P, Silvestroni L, Sciti D. Synthesis of group IV and V metal diboride nanocrystals via borothermal reduction with sodium borohydride. J Am Ceram Soc. 2018;00:1–11 First published: 21 December 2017.
  • L. Zoli, A. Vinci, L. Silvestroni, D. Sciti, M. Reece, S. Grasso. Rapid spark plasma sintering to produce dense UHTCs reinforced with undamaged carbon fibres. Materials and Design, Volume 130, 15 September 2017, Pages 1-7.
  • A.Vinci, L. Zoli, E. Landi, D. Sciti. Oxidation behaviour of a continuous carbon fibre reinforced ZrB2–SiC composite. Corrosion Scienc,Volume 123, 15 July 2017, Pages 129–138 (Open Access).
  • L. Zoli, D. Sciti. Efficacy of a ZrB2 – SiC matrix in protecting C fibres from oxidation in novel UHTCMC materials. Materials & Design 113 (January 2017).