Studio di un materiale ceramico innovativo destinato alla produzione di fibre di basalto

A carefully comparative study of several ceramics compounds allowed the identification of MoSi2 blended with Si3N4 as a suitable material for the realization of bushing nozzles, specifically designed for basalt fibers production. Degradation static tests were developed and performed to demonstrate the high resistance to oxidation at operating temperature of MoSi2-Si3N4 composites with respect to alumina, zirconia stabilized with magnesia or yttria, pure MoSi2, pure Si3N4, and MoSi2 englobing SiC. Moreover, the MoSi2-Si3N4 composites resulted resistant to corrosion and chemical inert with respect to oxidizing components present in basalt melts. Bushings in MoSi2-Si3N4 were obtained by using hot isostatic pressing and were processed through mechanical drilling. The basalt fibers produced with the MoSi2-Si3N4 bushing showed a constant diameter and a regular surface morphology. The bushing was recovered intact without defects or fractures demonstrating the efficiency of the selected material. Replacing platinum-rhodium bushings with ceramic ones could greatly reduce costs of basaltic fibers production and could encourage the use of these eco-friendly, natural fibers as reinforcement in light weight polymer composites.). This work was partially financed by the Ministero dell’Istruzione, Università e Ricerca (MIUR, Rome, Italy) within the project PON01_02239 “MATRECO-Advanced materials for eco-friendly and sustainable transportation technologies” (within the frame of PON “Ricerca e Competitività 2007-2013).

Un accurato studio comparativo, eseguito su diversi materiali ceramici, ha permesso di identificare un nuovo materiale ceramico, il MoSi2 drogato con Si3N4 (MoSi2-Si3N4), come materiale adatto per la realizzazione di filiere specificatamente progettate per la produzione di fibre di basalto. Test di degradazione statica sono stati sviluppati ed eseguiti per dimostrare l’alta resistenza all’ossidazione, alle alte temperature, del compound MoSi2-Si3N4 realizzato, rispetto ad altri materiali ceramici tradizionali quali: allumina, zirconia stabilizzata con magnesia or ittria, MoSi2 puro, Si3N4 puro e MoSi2 drogato con SiC. Il compound MoSi2-Si3N4 risulta resistente alla corrosione ed inerte chimicamente rispetto ai componenti ossidanti presenti nel basalto fuso. Inoltre, filiere in MoSi2-Si3N4 sono state prodotte mediante pressatura isostatica di polveri e successiva lavorazione meccanica. Le fibre di basalto prodotte con tali filiere mostrano un diametro costante e una morfologia superficiale regolare. Dopo la prova di filatura la filiera in MoSi2-Si3N4 utilizzata, è stata recuperata intatta e senza difetti o fratture, a dimostrazione dell’efficienza del materiale ceramico individuato. La sostituzione delle tradizionali filiere in platino-rodio con filiere in MoSi2-Si3N4 potrebbe ridurre significantemente i costi di produzione delle fibre di basalto e incoraggiare l’uso di queste fibre naturali ed eco-compatibili. Questo rapporto tecnico si inquadra nelle attività di messa a punto di materiali FRP del progetto MATRECO “Materiali Avanzati per TRasporti ECOsostenibili” (PON01_02239).