Sinterizzazione di polveri di Gamma-alluminuro di titanio mediante processi rapidi assistiti da corrente

La seguente tesi di laurea ha come scopo lo studio della formatura e della sinterizzazione mediante la tecnica “Capacitive Discharge Sintering” (CDS) di polveri di γ-TiAl. Durante tale processo un compatto di polveri viene confinato nello spazio delimitato da uno stampo e da due punzoni scorrevoli. Questi ultimi svolgono la simultanea funzione di applicazione del carico meccanico e di trasferimento di una corrente elettrica di elevata intensità nelle polveri, la quale può raggiungere il valore di alcune centinaia di kA mm^2. Caratteristica peculiare degli apparati CDS è la capacità di fornire un’elevatissima corrente elettrica (grazie all’immagazzinamento di energia in un banco di condensatori) per intervalli di tempo di 16 – 20 ms. Grazie a queste caratteristiche il materiale è sottoposto a gradienti di riscaldamento / raffreddamento di 10^3-10^5 K / s. Questo permette il raggiungimento di una sinterizzazione ottimale caratterizzata dalla formazione di grani cristallini di dimensione ridotta e conseguenti ottime proprietà del materiale quanto a resistenza e tenacità o duttilità.

Sono state effettuate diverse campagne di sinterizzazione per otto differenti configurazioni punzoni-stampo e per varie combinazioni di parametri di Pressione [MPa] e tensione [kV]).
 Stampo in Grafite, punzoni in Mo. Questa configurazione ha permesso l’ottenimento di buone sinterizzazioni, ottenute sia attraverso la corrente che percorre il compatto di polveri, sia attraverso il riscaldamento dello stampo stesso
 Stampo in Grafite, punzoni in W-25Cu. Sono stati impiegati punzoni di diversa natura con lo stesso stampo, cambiando leggermente i valori di tensione e corrente dissipata; valgono le considerazioni fatte nel caso precedente
 Stampo in Ceramica balistica, punzoni in W-25Cu. Le correnti e le tensioni applicate con questa configurazione sono state modeste, ma hanno fornito ugualmente prodotti ben sinterizzati
 Stampo in allumina, punzoni in Mo. Con questa configurazione si sono ottenuti i risultati migliori dal punto di vista dell’omogeneità della sinterizzazione, avvenuta principalmente ad opera dell'elevata intensità di corrente elettrica
 Stampo in Grafite con anello in composito, punzoni in Mo. Con questa configurazione è stata sinterizzata una quantità doppia di polveri, ovvero 3,4 g, con buoni risultati dal punto di vista della densificazione, grazie all’elevato numero di impulsi forniti
 Stampo costituito da capsule in Cu elettrolitico, punzoni in Mo. Oltre che per valutare l’efficacia degli stampi in composito, questa campagna di sinterizzazione ha messo in luce l’efficacia nell'utilizzo di punzoni con battente arrotondato, capace di concentrare le polveri all’interno dello stampo
 Stampo costituito da capsule in Cu elettrolitico, punzoni in Mo – TZM. Configurazione analoga alla precedente, ma con punzoni aventi battente semisferico, in modo da concentrare con maggiore efficacia la corrente nelle polveri
 Stampo costituito da capsule in Cu elettrolitico, punzoni in PLE. Su capsule analoghe a quelle delle ultime due campagne di saldatura, sono stati impiegati punzoni PLE. I risultati sono stati buoni con densità uniforme in tutto il volume

Dalla valutazione dei valori di tensione massima ottenibili al variare delle configurazioni è stato possibile concludere che il grado di sinterizzazione ottenuta con CDS non cresce all’aumentare della tensione di picco imposta sul primario, in quanto ad una tensione elevata può corrispondere una corrente di sinterizzazione elevata solo con l’applicazione di una sufficiente forza applicata ai punzoni; ciò é utile al fine di evitare fenomeni di spark. Inoltre un valore di corrente di picco non è del tutto assicurata una buona sinterizzazione, poiché la corrente nel passare da un punzone all'altro può sia attraversare il compatto di polveri, oppure by-passare le polveri e coinvolgere invece lo stampo, promuovendo pertanto una sinterizzazione ibrida in parte resistiva e in parte per trasmissione indiretta di calore.