Ceramici a memoria di forma SMC

Dimensione: px

Iniziare la visualizzazioe della pagina:

Download "Ceramici a memoria di forma SMC"

Giustino Basso
7 anni fa
Visualizzazioni

1 Ceramici a memoria di forma SMC Viscoelastici Martensitici Ferroelettrici Ferromagnetici

2 Vetroceramici a base mica SMC Viscoelastici Ripristinano la forma fino ad un 0.5% di deformazione Come per i polimeri a memoria di forma il processo avviene nei seguenti steps: deformazione plastica ad alta temperatura Hanno una eterostruttura composta da: mica per il 40-60% volumetrico matrice vetrosa per il resto raffreddamento a temperatura ambiente per congelare la forma riscaldamento per riassumere la forma originaria

3 Recupero deformazione: mica vetroceramico Deformato in compressione assiale a 773K

4 Vetroceramico a base mica Si deforma plasticamente per deformazione del piano basale sopra i 573K La matrice vetrosa accomoda la deformazione elasticamente -> presenza sforzi residui Dopo raffreddamento a bassa T (ambiente) la deformazione è mantenuta anche per temperature elevate Bisogna salire ben oltre la T di deformazione per il recupero, alla T per cui l energia elastica della matrice riesce ad attivare lo slittamento dei piani basali della mica Il recupero dipende da diversi fattori come: entità, temperatura e velocità di deformazione, temperatura e tempi di riscaldamento nel recupero

5 Altri SMC viscoelastici Non sono solo i vetroceramici con mica a mostrare memoria di forma, ma pure: vetroceramici con!-spomudene o 2ZnO-B2O3 ceramici contenenti una piccola percentuale di fase vetro come mica, nitruro di silicio, nitruro di carbonio, zirconia e allumina Il recupero possibile dei ceramici è molto inferiore (circa 0.1%) Si osserva rilassamento delle tensioni residue durante il recupero L energia di attivazione per il recupero è molto bassa rispetto al vetroceramico con mica

6 SMC martensitici In questo caso il fenomeno è analogo alle SMA Trasformazione martensitica: Materiali ceramici a base zirconia e zirconia stabilizzata Trasformazione martensitica e riarrangiamento dei domini ferroelastici: Alcuni materiali ionici come Pb 3(PO4)2 e LnNbO4 (Ln=La, Nd) Alcuni superconduttori come V-Si, Zr-Hf-V, Y-Ba-Cu-O, Bi-(Pb)- Sr-Ca-Cu-O e Ti-Ba-Ca-Cu-O Tutti mostrano sia memoria di forma che deformazione pseudoelastica

7 Zirconia-stabilizer phase diagram Stabilizzatori: Y 2O3 CeO 2 MgO CaO... TZP, CZP, Ce-TZP...

8 Zirconia stabilizzata

9 Zirconia: meccanismo memoria

10 Zirconia stabilizzata Ce NiTinol

11 Ferroelettrici PLZT-(Pb, La)(Zr, Ti)O 3, PZST-Pb(Zr,Sn,Sn,Ti)O3, PLSnZT- (Pb, La)(Zr, Sn, Ti)O3, (Pb, Nb)(Zr, Sn, Ti)O3 (Sr,Ba)Nb 2O6 Manganiti esagonali RMnO 3 (R=Ho, Y)

12 Trasformazioni di fase PZTs

13 Ferroelettrici e antiferroelettrici Ferroelettrico Ferroelettrico-antiferroelettrico metastabile Nel caso di metastabilità della fase antiferroelettrica, si ottiene una forma ferroelettrica o antiferroelettrica a campo zero a seconda del campo elettrico applicato; una deformazione consistente è associata. Con la temperatura si riporta il materiale nella fase stabile con conseguente recupero della deformazione.

14 Pb0.99Nb0.02((Zr0.6Sn0.4)0.94Ti0.06)0.98O3 Deformazione elastica indotta da campo elettrico a diverse temperature

15 SMC ferromagnetici Manganiti tetragonali (spinelli: Mn x(zn,cd)1-xmn2o4) Ortomanganiti non stechiometriche: (RMnO 3+x, R=Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy)

16 Comparison SMA-Piezo-Magnetic Properties Shape-memory alloy Piezoelectric Magnetostrictive (Ti Ni) (PZT) (Terfenol-D) Compressive stress (MPa) Tensile strength (MPa) Young s modulus (GPa) (P) (Y ) (Y ) (M) 110 (Y ) (Y ) Maximum strain Frequency (Hz) Coupling coefficient Efficiency (%) Energy density (kj m ) modulus for constant electric field modulus for constant electric displacement modulus for constant magnetizing field modulus for constant induction field

17 Comparison different actuator types PZT5H PMN PLZT PVDF Terfinol-D SMA (NiTi) Conducting Polymer Polymer Hydro-gel Human Muscle Max strain (! 10 6 ) 300 Max stress (MPa) 19 Density (kg/m 3 ) 7500 Modulus (GPa) 62 Efficiency (%) 56 Bandwidth (Hz) 1000 Energy density (KJ/m 3 ) ~7500 ~60??? 200 ~ ~ >3 3 > ~ >30 >1 > ~1300 < >

Documenti analoghi

I ceramici avanzati strutturali si distinguono per la limitata densità, l elevata durezza e l alto modulo elastico. Le proprietà dipendono ovviamente

I ceramici avanzati strutturali si distinguono per la limitata densità, l elevata durezza e l alto modulo elastico. Le proprietà dipendono ovviamente dalla microstruttura e, in particolare, dalla porosità,