RICERCA ITALIANA     

Progettazione e produzione di laminati ceramici ad elevata resistenza e affidabilità meccanica

Università degli Studi di Trento

Abstract

I ceramici possiedono proprietà molto interessanti e a volte uniche se confrontati con altri materiali. Tuttavia, la mancanza di deformazioni plastiche rende i materiali ceramici fragili ed è causa di una resistenza spesso limitata e particolarmente dispersa.
L'obiettivo del presente progetto di ricerca è la progettazione e la produzione di laminati ceramici con elevate prestazioni meccaniche. Particolare attenzione viene rivolta alla produzione di multistrato FGM (Functionally Graded Materials) dove un opportuno gradiente di composizione,struttura e/o microstruttura viene ottenuto e ottimizzato per controllare il profilo di sforzo residuo generato nel materiale e, di conseguenza, per produrre uno specifico comportamento a frattura e una predefinita resistenza.
Il processo produttivo utilizzato per la ottenere compositi ceramici laminati consisterà nella produzione di singole lamine mediante tape casting, nel loro impilamento secondo uno specifico ordine, nella termocompressione e sinterizzazione. Strati più sottili potranno essere prodotti mediante serigrafia per ottenere architetture nei laminati più raffinate. Una notevole attenzione sarà rivolta all'ottimizzazione delle sospensioni ceramiche (a base acqua) utilizzate per la produzione delle singole lamine, all'impilamento, termocompressione e sinterizzazione di strati con diversa composizione.
Inizialmente si utilizzeranno, quali materiali di partenza, polveri di allumina, zirconia, mullite e carburo di silicio. Vetroceramiche a base di silicati e tungstato di zirconio (sostanza con coefficiente di dilatazione termica negativo) saranno presi in considerazione per produrre componenti che sinterizzino a temperature inferiori ai 1000°C. La miscela di differenti polveri permetterà la produzione di lamine caratterizzate da un'ampia gamma di proprietà elastiche e coefficienti di espansione termica; l'accoppiamento di differenti lamine sarà responsabile della formazione di sforzi residui nel laminato a seguito del raffreddamento. L'uso della zirconia permetterà di generare anche sforzi residui da transizioni di fase martensitiche.
Metodi computazionali numerici saranno utilizzati per analizzare il comportamento termo-meccanico dei laminati. La scala sui cui verrà effettuata l'analisi sarà a livello sia micro- che macro-strutturale. L'approccio microscopico si baserà sulla tecnica di discretizzazione della tassellazione di Voronoi. Per l'approccio macroscopico l'analisi sarà condotta su un Elemento di Volume Rappresentativo (RVE) del composito con un rapporto tra grana cristallina e RVE tale rendere l'omogeneizzazione significativa. In questo modo si potranno ottenere informazioni circa le proprietà meccaniche dei laminati senza dover affrontare i costi e le difficoltà di una completa campagna sperimentale.
Concetti di meccanica della frattura saranno considerati e sviluppati per la progettazione dei laminati ceramici al fine di correlare lo sforzo residuo generato in ogni singolo strato all'architettura del laminato, alla sua frattura, alla propagazione dei difetti e alla resistenza finale.
I materiali prodotti saranno caratterizzati dal punto di vista microstrutturale e meccanico per correlare i materiali di partenza (composizione, sequenza di impilamento, ecc.) alla microstruttura ottenuta e alle prestazioni finali. Un importante aspetto sarà la determinazione degli sforzi residui che verrà condotta sia sperimentalmente (mediante piezo-spettroscopia, diffrazione di raggi X, hole drilling) che numericamente.
Laminati tridimensionali (prototipi) si semplice geometria (quali barre curve) saranno progettati, prodotti e sottoposti a specifica caratterizzazione meccanica e fisica. I risultati saranno confrontati con quelli ottenuti applicando i modelli numerici precedentemente definiti in modo da permettere la previsione del comportamento termo-meccanico di oggetti più complessi, utilizzabili in dispositivi biomedici o di sicurezza, soggetti a variabili condizioni di carico. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Vincenzo Maria SGLAVO Università degli Studi di TRENTO

Obiettivo del Programma di Ricerca

L'obiettivo di questo progetto di ricerca riguarda la progettazione e la produzione di materiali ceramici laminati innovativi con superiori resistenza ed affidabilità meccanica tali da poter essere utilizzati in una vasta gamma di applicazioni soprattutto nei dispositivi di sicurezza e nel campo biomedico. Tale obiettivo vuole essere raggiunto congelando, nella fase di produzione, all'interno del materiale uno specifico campo di sforzi residui in grado di arrestare o comunque regolare la propagazione dei difetti superficiali prima della rottura catastrofica finale in modo tale che la resistenza non dipenda dalla dimensione dei difetti stessi.

La sfida
La richiesta sempre crescente di applicazioni ad elevato valore aggiunto spinge i produttori verso componenti più resistenti e affidabili, a prezzi sempre più ridotti. Questo ambiente particolarmente competitivo genera una forte richiesta per lo sviluppo di materiali più durevoli e resistenti di quelli attualmente disponibili e questo costituisce un severo impegno, ma anche uno stimolo, per la ricerca. I ceramici innovativi possiedono proprietà molto interessanti e a volte uniche se confrontati ad altri materiali: la leggerezza, l'alto punto di fusione, l'elevata resistenza chimica, la durezza e la rigidezza (anche alle alte temperature) sono soltanto alcune delle caratteristiche peculiari di tali materiali. Essi richiedono tuttavia un livello di conoscenza scientifica e di ingegneria di processo ben più elevato rispetto a quello necessario per i ceramici tradizionali. Tutti assieme i ceramici avanzati rappresentano una tecnologia promettente per lo sviluppo di nuove applicazioni "high-tech". I compositi ceramici in generale ed i compositi ceramici a gradiente di funzionalità in particolare rappresentano un settore emergente nella scienza e nella tecnologia dei materiali. Grandi sforzi sono compiuti un po' in tutto il mondo per proporre tali materiali innovativi come candidati per produrre componenti resistenti alla temperatura e alla corrosione in motori o maggiormente affidabili dal punto di vista meccanico per applicazioni di sicurezza o biomediche. Tuttavia, la sensibilità alla propagazione dei difetti dei ceramici se sottoposti a carichi tensionali ha fatto sì che essi siano stati usati estensivamente solo in presenza di carichi di compressione (o sotto carichi di trazione molto bassi); altrimenti si è cercato fortemente di modificare la microstruttura per limitare l'innesco o almeno "rallentare" la propagazione dei difetti.
Negli ultimi trent'anni è stato condotto uno sforzo enorme per migliorare le proprietà di resistenza a frattura dei ceramici, sviluppando una vasta gamma di meccanismi di rinforzo. La ragione per cui è stato molto limitato l'uso diffuso dei compositi rinforzati con fibre è collegata con il loro costo. Per esempio i compositi ceramici rinforzati con fibre lunghe e ottenuti per deposizione da fase vapore sono più costosi del platino. Inoltre, è opportuno notare che tutte le soluzioni proposte per migliorare la resistenza meccanica richiedono un controllo preciso della microstruttura e questo è realizzabile soltanto tramite un controllo attento delle materie prime e del processo di produzione; e così il costo aumenta ulteriormente. Inoltre, l'aumento della resistenza a frattura in molti casi è accompagnato da una riduzione consistente della resistenza media. I ceramici laminati prodotti da polveri possono garantire un notevole contenimento dei costi. Nel recente passato sono stati proposti laminati ceramici contenenti interstrati più deboli che deviano la propagazione dei difetti o contenenti strati in compressione che arrestano le fessure. Lange e colleghi negli Stati Uniti hanno mostrato che quest'ultimo approccio può essere usato per produrre materiali ceramici con una resistenza di soglia minima. Tuttavia, tali laminati possono essere utilizzati solo con certe particolari orientazioni rispetto al carico applicato e dal punto di vista pratico non possono essere usati per produrre piastre, gusci o tubi come richiesto nelle tipiche applicazioni.

L'obiettivo
Con il presente lavoro di ricerca si vuole raggiungere l'obiettivo di progettare e produrre laminati ceramici innovativi caratterizzati da superiore resistenza ed affidabilità meccanica per applicazioni multisettoriali.
In questo progetto l'attenzione sarà rivolta a laminati ceramici dove un opportuno gradiente di composizione e/o microstruttura può essere ottenuto ed ottimizzato per controllare il profilo residuo di sforzo generato all'interno del materiale (il quale viene perciò da questo "rinforzato"). In questo modo, materiali ceramci ad alta affidabilità resistenza saranno prodotti per le applicazioni dove la resistenza, la durezza e la sicurezza rappresentano i requisiti principali.
L'idea che gli sforzi superficiali possono ostacolare lo sviluppo dei difetti superficiali è stata recentemente evidenziata sui vetri. È importante precisare che i difetti di superficie rappresentano i difetti critici più tipici nei ceramici e nei vetri: infatti, una volta che le procedure produttive sono ottimizzate per eliminare eterogeneità che possono generare difetti del volume, i difetti di superficie sono creati normalmente durante la finitura superficiale o in esercizio. In più, soltanto i difetti superficiali diventano critici quando il manufatto è sottoposto a flessione qual è normalmente il caso di componenti ceramici. Recentemente, è stato proposto che la creazione di un profilo di sforzo residuo con un massimo a una certa profondità dalla superficie può arrestare i difetti superficiali generando una resistenza meccanica più elevata e una variabilità più ridotta. Anche se la dimostrazione di tale approccio è stata realizzata su vetri silicati usando il processo di scambio ionico, il concetto può essere applicato ad altri materiali contenenti sforzi residui macroscopici, quali i rivestimenti o i ceramici laminati.
La lezione che si vuole mettere in pratica prende le mosse da quanto insegnatoci dalla stessa Natura in numerosi sistemi, specialmente quelli biologici aventi funzioni strutturali. Le ossa, i denti, il fusto delle piante presentano tutti una struttura ottimizzata per sopportare i carichi proprio dove questi risultano più elevati, con una struttura a gradiente di funzionalità quale vuole essere utilizzata come modello nei laminati oggetto del presente progetto di ricerca. I materiali ceramici obiettivo di questo lavoro vogliono essere infatti "rinforzati" proprio dove risultano più critici, ovvero sulla superficie. Proprio gli strati superficiali dovranno essere ingegnerizzati o funzionalizzati in modo da poter "sopportare" assieme i carichi esterni e la presenza dei difetti.
I principali output previsti dal presente progetto sono:
- definizione di un modello che evidenzi come gli sforzi residui possono essere progettati a priori per promuovere la crescita stabile dei difetti e la frammentazione in un ceramico;
- messa a punto di una procedura progettuale avanzata per laminati ceramici per ottenere opportune prestazioni meccaniche finali;
- produzione di ceramici laminati a resistenza meccanica e frattura controllata.

Lo sviluppo del progetto di ricerca permetterà di raggiungere i seguenti risultati specifici:
- produzione di laminati ceramici caratterizzati da uno specifico campo di sforzi residui;
- produzione di laminati ceramici piani con resistenza meccanica elevata e predefinita;
- produzione di laminati curvi (tridimensionali) con resistenza ed affidabilità meccanica elevata e predefinita;
- definizione di modelli che descrivono nel dettaglio il comportamento meccanico dei compositi laminati ceramici attraverso metodi di calcolo convalidati per mezzo di prove meccaniche di laboratorio;
- identificazione, attraverso modelli di calcolo, del campo di sforzo residuo indotto tramite il processo di produzione e dei parametri che influenzano il comportamento meccanico del prodotto. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

La crescente richiesta di elevate prestazioni in molte delle moderne applicazioni spinge i produttori verso componenti sempre più affidabili e sicuri, a prezzi possibilmente inferiori. Questo ambiente molto competitivo genera una forte richiesta per lo sviluppo di materiali più resistenti e durevoli di quelli attualmente disponibili, rappresentando un severo ma stimolante impegno per la ricerca.

Utilizzando i materiali già esistenti e gli attuali processi produttivi è al momento molto difficile produrre componenti leggeri, ad elevata resistenza chimica, duri, resistenti ed affidabili. I materiali ceramici avanzati possiedono proprietà molto interessanti e a volte uniche in confronto con altri materiali: leggerezza, elevato punto di fusione, elevate resistenza chimica, durezza e rigidità (anche a temperature elevate) sono solo alcune delle caratteristiche peculiari di questi materiali. Grandi sforzi sono stati fatti in tutto il mondo per proporre i compositi ceramici con gradiente di funzionalità ("Functionally Gradient ceramic Materials", FGMs) come candidati a sostituire leghe metalliche, compositi polimerici o metalli rivestiti in componenti di motori sottoposti a sollecitazioni termomeccaniche, per produrre componenti più leggeri e meccanicamente più affidabili e resistenti alla corrosione per applicazioni di sicurezza o biomediche. Tuttavia, la loro sensibilità alla propagazione dei difetti quando sono soggetti a trazione ha determinato un loro estensivo uso solo in applicazioni dove sono posti in compressione (o sotto sforzi tensili limitati) facendo emergere la necessità di controllare la loro microstruttura che deve essere sostanzialmente modificata per limitare la nucleazione o almeno la propagazione delle cricche. A causa della forza dei legami chimici, nelle tipiche situazioni di carico, i materiali ceramici non manifestano deformazione plastica e ciò li rende fragili. Gli sforzi sono concentrati all'apice dei difetti ma non possono essere "rilassati" o "ridistribuiti" per deformazione plastica come nei metalli o nei polimeri. Questo rende la resistenza di un generico componente ceramico dipendente dalla presenza di difetti e, quindi, molto dispersa (1-3). Anche per questo sono stati sviluppati metodi statistici per la progettazione di componenti ceramici in condizioni di sicurezza (ad esempio, con una probabilità di frattura predefinita). Un altro problema critico è che, quando si raggiungono le condizioni critiche di carico, la frattura si propaga improvvisamente a velocità molto elevate, senza alcun preavviso (1-3).
Nel campo di ricerca dei materiali ceramici strutturali è stato compiuto negli ultimi decenni un grande sforzo per aumentarne la resistenza alla frattura e migliorare le condizioni di processo al fine ridurre la presenza o la severità dei difetti. Le strade intraprese e i meccanismi coinvolti sono stati molteplici (1-3). Valori più elevati di resistenza alla frattura sono stati ottenuti sfruttando l'effetto di rinforzo, dovuto agli effetti di "bridging", curvatura o deviazione delle cricche, provocato da una seconda fase più resistente (particelle, fibre, whiskers, grani allungati) dispersa nella matrice oppure l'effetto di schermatura dell'apice del difetto legato a trasformazioni di fase martensitiche o "micro-cracking" (1-3). In molti casi si è ottenuto un aumento della tenacità con l'estensione della cricca, definito come effetto di curva R (1-3). In alternativa, il comportamento a frattura dei ceramici può essere migliorato creando, in strutture laminate, un percorso a bassa energia per la propagazione della cricca. Questo è stato realizzato usando interstrati deboli per promuovere la deviazione della cricca (4-7). Molte di queste soluzioni si sono rivelate efficaci e hanno parzialmente risolto le limitazioni dei ceramici descritte precedentemente permettendo il loro impiego in alcune applicazioni. Tuttavia occorre notare che tutte queste soluzioni richiedono un preciso controllo della microstruttura il quale è realizzabile solo attraverso un accurato controllo dei materiali di partenza e del processo produttivo. Inoltre, in molti casi l'aumento della tenacità è accompagnato da una sensibile riduzione della resistenza media.

Un approccio diverso è stato proposto per strutture laminate in cui la resistenza è controllata dalla presenza di sforzi residui di compressione generati a causa di differenze di comportamento in sinterizzazione, di espansione termica o da transizioni di fase. Lange e suoi collaboratori presso l'Università della California (Santa Barbara, USA) hanno studiato la possibilità di produrre laminati ceramici che mostrano una resistenza di soglia, ovvero un valore minimo di sforzo al disotto del quale la frattura non avviene (8,9). I laminati sono stati preparati con strati sottili soggetti a sforzi residui di compressione interposti fra strati più spessi in lieve trazione. La cricca che si estende attraverso lo strato più spesso può essere arrestata dagli strati in compressione e questo è causa di una resistenza al disotto della quale la probabilità di frattura è nulla. I laminati ceramici proposti da Lange possiedono una resistenza meccanica elevata (per laminati in allumina-airconia sono state misurate resistenze dell'ordine dei 500 MPa) e un'alta affidabilità (la dispersione dei valori di resistenza è inferiore al 10%). Il limite più grave di tali laminati è che essi possono essere usati solo con specifiche orientazioni rispetto al carico applicato e, per esempio, non possono essere utilizzati per produrre piastre, gusci o tubi come è di solito richiesto in molte applicazioni.
L'idea che lo sforzo residuo superficiale possa impedire la crescita di cricche superficiali è stata estensivamente sfruttata in passato soprattutto nei vetri (10-12). E' importante puntualizzare che le cricche superficiali rappresentano i difetti più tipici nei materiali ceramici e nei vetri: infatti, una volta che il processo produttivo è stato ottimizzato in modo da ridurre le eterogeneità che possono produrre difetti di volume (13,14), i difetti superficiali vengono normalmente generati durante il processo di finitura superficiale o l'utilizzo. Inoltre, solo i difetti superficiali diventano critici quando il manufatto è sottoposto a flessione e non a trazione come generalmente accade nel caso di componenti ceramici. Recentemente, Sglavo e Green hanno evidenziato che la creazione di un profilo di sforzo residuo con un massimo ad una certa profondità dalla superficie può arrestare le cricche superficiali e fornire una resistenza più elevata e con una limitata dispersione (15). Questo approccio è stato messo in pratica per vetri silicati producendo un campo di sforzo residuo attraverso un doppio processo di scambio ionico (16-18). L'aspetto chiave di questo nuovo approccio è stato quello di progettare accuratamente il profilo degli sforzi residui in modo da portare la massima compressione lontano dalla superficie esterna e di controllare attentamente il gradiente degli sforzi nella regione superficiale. Poiché questo metodo implica la progettazione di un profilo di sforzi ("Engineering of the Stress Profile"), questi vetri sono stati denominati vetri ESP. Sebbene la dimostrazione sia stata condotta usando vetri sottoposti a scambio ionico, il concetto può essere esteso a materiali che contengono sforzi residui macroscopici, come sistemi rivestiti in superficie o, com'è il caso di questo progetto di ricerca, i laminati FGMs.
Alcune attività preliminari di ricerca (19-20) sono state condotte proprio con l'obiettivo di trasferire i concetti provati sul vetro nell'ambito dei ceramici. Sono stati perciò prodotti laminati ceramici nei sistemi allumina/zirconia (AZ) e allumina/mullite (AM). Lamine (dallo spessore di circa 40 µm) di diversa composizione relativa sono state ottenute mediante tape casting, sovrapposte con un ordine predeterminato in base al loro coefficiente di dilatazione termica (ipotizzando che gli sforzi residui vengano generati nella fase di raffreddamento dopo la sinterizzazione), termocompresse e co-sinterizzate a 1600°C. Sono state così ottenute barrette di dimensioni 60 mm x 5 mm x 1.5 mm che, in flessione, hanno mostrato una resistenza pari a 457 ± 32 MPa nel caso dei compositi AM (19) e 594 ± 59 MPa per i compositi AZ (20). Rispetto a campioni monolitici sia in allumina che in allumina e zirconia (40 vol%) si è osservata una certa riduzione (dal 12% al 7-8%) nella dispersione della resistenza soprattutto per i compositi a base di allumina e mullite (19).
Proprio questi risultati iniziali incoraggianti, pur nella loro parzialità, spingono a proporre ed affrontare il presente progetto di ricerca che mira ad esplorare nel dettaglio l'ambito della progettazione e produzione di laminati ceramici caratterizzati da uno specifico valore di resistenza che sia anche preferibilmente elevato. Sia gli aspetti più legati alla progettazione e alla definizione di modelli comportamentali sia gli aspetti produttivi restano ancora particolarmente oscuri. Il presente progetto di ricerca si pone perciò innanzitutto quale obiettivo principale quello di definire una procedura progettuale generale, valida sia per componenti piani che curvi, la quale permetta di definire l'architettura del laminato una volta spefificata la sua "resistenza" meccanica. In secondo luogo si vuole poter produrre laminati ad elevata affidabilità sia facendo riferimento alla tecnologia del tape casting, sia utilizzando per esempio tecniche di serigrafia che dovrebbero consentire la produzione di strati più sottili e quindi l'ottenimento di architetture più raffinate; un aspetto importante riguarda sia la possibilità di generare sforzi residui macroscopici da transizioni di fase (facendo riferimento alle trasformazioni della zirconia) che lo sviluppo degli stessi in sistemi che sinterizzano a temperature inferiori ai 1000°C, al fine di limitare enormemente gli eventuali costi di produzione.
La lezione che si vuole qui mettere in pratica prende le mosse da quanto insegnatoci dalla stessa Natura in numerosi sistemi, specialmente quelli biologici aventi funzioni strutturali. Le ossa, i denti, il fusto delle piante presentano tutti una struttura ottimizzata per sopportare i carichi proprio dove questi risultano più elevati, con una struttura a gradiente di funzionalità quale vuole essere utilizzata come modello nei laminati oggetto del presente progetto di ricerca. I materiali ceramici obiettivo di questo lavoro vogliono essere infatti "rinforzati" proprio dove risultano più critici, ovvero sulla superficie. Proprio gli strati superficiali dovranno essere ingegnerizzati o funzionalizzati in modo da poter "sopportare" assieme i carichi esterni e la presenza dei difetti.
Parlando di materiali a gradiente di funzionalità (FGMs) non è esagerato affermare che la ricerca è, al momento, un affare escusivamente del Giappone e degli Stati Uniti. La ricerca sui FGMs in Giappone era iniziata nel 1982 e si concretizzò in tre progetti nazionali giapponesi orientati (i) all'applicazione di strutture a gradiente a materiali ad elevata resistenza alle temperature per aerei supersonici, (ii) allo sviluppo di materiali per la conversione di energia e (iii) allo studio della chimica e della fisica delle strutture a gradiente. Negli USA, il concetto di FGMs si è rapidamente esteso al di là del suo proposito originale (rivestimenti isolanti) per essere usato in un ampio range di applicazioni strutturali, biologiche, meccaniche e di conversione di energia. E' essenziale che in tutta Europa e anche in Italia, si acquisisca un certo know-how permettendo il potenziamento della competitività dell'industria nell'area dei FGMs.

Allo stato attuale, la ricerca sui ceramici per applicazioni industriali si basa su una sempre maggiore interconnessione tra l'attività sperimentale di produzione e di caratterizzazione e l'attività di sviluppo di modelli sia analitici che numerici; entrambi questi approcci vengono utilizzati per fornire gli strumenti necessari alla progettazione di dispositivi ceramici per impieghi strutturali caratterizzati da elevata resistenza e, soprattutto, migliore affidabilità. In particolare, la formulazione di modelli teorici e numerici richiede lo sviluppo di tecniche di analisi sempre più complesse. In considerazione del fatto che il processo di produzione influenza in modo determinante le caratteristiche meccaniche dei ceramici e le prestazioni dei dispositivi, il processo stesso dovrebbe essere oggetto di analisi per mezzo di modelli matematici che possano consentire di definire parametri di controllo e di retroazione.
Un compito fondamentale del presente progetto riguarda la previsione e la progettazione delle proprietà meccaniche dei laminati FGMs. E' chiaro che la conoscenza delle prestazioni meccaniche di un materiale è di fondamentale importanza nella fase di progettazione stessa e nella definizione dei metodi e delle condizioni di fabbricazione. Un interesse sempre più crescente può essere riscontrato nella recente letteratura proprio nello sviluppo di strumenti analitici o numerici affidabili per la simulazione delle proprietà meccaniche dei compositi ceramici a gradiente. Le analisi computazionali sono basate essenzialmente sul metodo degli elementi finiti; apposite formulazioni del metodo, sono oggigiorno in grado di includere i gradienti delle proprietà meccaniche dei materiali [21,22]. Gli approcci analitici sono frequentemente utilizzati per lo studio della propagazione della frattura in solidi di semplice geometria, come nel caso dello stato piano di deformazione in provini intagliati in cui la direzione di propagazione della frattura è parallela alla direzione del gradiente delle proprietà del materiale [23]. Per tali geometrie, un approccio comunemente adottato per il calcolo del fattore di intensità degli sforzi all'apice di una frattura è basato sulla tecnica delle funzioni peso [24,25]. Il presente progetto di ricerca si propone ancora di fornire contributi secondo le linee guida indicate dallo stato dell'arte precedentemente inquadrato e finalizzati alla creazione di un supporto razionale alla produzione del materiale. In particolare, si propone la realizzazione di modelli computazionali volti alla determinazione del comportamento meccanico di laminati ceramici che facciano esplicito riferimento ai materiali ed al processo produttivo. Per la caratterizzazione meccanica dei compositi ceramici, il progetto propone una metodologia combinata tra approcci microscopici e macroscopici in cui verrà indagata la relazione tra i parametri costitutivi macroscopici quail possono essere determinati sperimentalmente e le proprietà microscopiche [34,35].
Uno degli aspetti centrali del progetto di ricerca riguarda l'identificazione dello stato di coazione nel manufatto ceramico. In letteratura sono presenti sia approcci sostanzialmente sperimentali (quali per esempio quelli basati su tecniche di piezospettroscopia o di diffrazione di raggi X), sia approcci ibridi sperimentali-computazionali quale può essere considerato il metodo del hole drilling [26-30]; sulla base di misure estensimetriche delle deformazioni superficiali prodotte dalla progressiva rimozione di materiale, affiancate a un modello ad elementi finiti, questa tecnica consente di identificare gli sforzi di coazione negli strati superficiali del materiale. Tuttavia, i modelli che permettono di valutare tale profilo fanno riferimento in genere a materiali omogenei che non presentano gradienti nelle caratteristiche meccaniche al variare della distanza dalla superficie come nel caso dei FGMs. Alternativamente, facendo riferimento a tecniche di piezo-spettroscopia o di diffrazione di raggi X [31,33] le misure forniscono semplicemente il dato dello sforzo residuo presente sulla superficie; ancora una volta sono necessari modelli analitici o numerici che consentano di definire il completo profilo all'interno del materiale [29]. <<<