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  TitoloScudi termici e ugelli a zero erosione per velivoli spaziali
  Sommario
Presentiamo una nuova classe di materiali compositi a matrice ceramica ultra-refrattaria rinforzati con fibre di carbonio, UHTCMC, veloci e economici da produrre, con importanti applicazioni nel campo dell’aerospazio come materiali riutilizzabili per protezioni termiche dei velivoli in rientro in atmosfera e per la propulsione. Lo scopo è ridurre i costi delle missioni spaziali grazie alla riusabilità delle componenti oltre i 2000°C.
  Stato della tecnica
I materiali compositi a matrice ceramica ultra-refrattaria rinforzati con fibre di carbonio (UHTCMC), sono costituititi da una matrice di boruri e carburi dei metalli di transizione che hanno una temperatura di fusione superiore ai 3000°C, sono resistenti all’ablazione e termicamente ed elettricamente conduttivi. Le fibre di carbonio garantiscono resistenza allo shock termico e tenacità al materiale. Questi compositi hanno prestazioni che superano sia i materiali compositi a matrice ceramica di carburo di silicio sia i compositi ablativi a matrice carboniosa. I primi sono considerati materiali riutilizzabili solo fino a 1400°C. Gli altri sono utilizzabili oltre i 3000°C ma si consumano in un singolo utilizzo. Inoltre i costi e i tempi di produzione dei materiali raggiungono l’ordine di M€/m3 e dei mesi.
  Invenzione
I materiali UHTCMC brevettati dal CNR sono prodotti mediante infiltrazione con polveri ceramiche a base acquosa senza l’ausilio di solventi tossici, seguita da consolidamento del materiale ottenuto mediante pressatura a caldo attorno ai 2000°C. I costi e il tempo di fabbricazione sono notevolmente ridotti rispetto ai materiali attualmente in commercio. I nostri materiali sono perogettati per due applicazione principali: Scudi termici. I materiali brevettati sono pensati per sostituire gli attuali materiali come protezioni termiche di nuova concezione a bassa erosione per ambienti estremi con forti flussi di calore, temperature superiori a 2000 °C. e ambiente fortemente ossidante come il rientro in atmosfera dei velivoli spaziali I materiali sono costituititi da una matrice ceramica innovativa auto-riparante alle condizioni estreme con prestazioni superiori agli attuali materiali compositi. Risulta così possibile ridurre i costi delle missioni spaziali grazie alla riusabilità dello scudo termico per più missioni. Propulsione. I materiali attualmente utilizzati nella propulsione tra cui leghe metalliche, compositi a matrice ceramica a base carburo di silicio o materiali a base grafite e C/C hanno un campo di utilizzo limitato dalle temperature o dalla bassa resistenza all’erosione. I materiali brevettati possono essere usati come inserti di gola riutilizzabili nei motori a propellente solido/ibrido dei lanciatori evitando la sostituzione dell'inserto di gola dopo ogni lancio abbattendo così i costi delle missioni.
  TitolaritàConsiglio Nazionale delle Ricerche
  Proprietà industrialeWO2017130134 (EU, US, CN, IT)
  E-mail di contattoantonio.cusma@cnr.it
  TagsMateriali innovativi, aerospazio, propulsione
  Vantaggi
Produzione veloce economica e a minor impatto ambientale, generale ed economico. I materiali UHTCMC mostrano delle proprietà di resistenza a erosione e ossidazione superiori ai materiali compositi commerciali . Possibilità di ridurre notevolmente i costi delle missioni spaziali e i tempi di fabbricazione dei velivoli.
  Applicazioni
Materiali riutilizzabili per la propulsione e per le protezioni termiche dei velivoli aerospaziali in rientro in atmosfera. In particolare: Piastrelle per le protezioni termiche, coni di prua e bordi alari dei velivoli spaziali Inserti di gola riutilizzabili nei motori a propellente solido/ibrido dei lanciatori, ugelli, camere di combustione.
  Stadio di sviluppo
Attualmente lo stato di sperimentazione ci ha permesso di raggiungere TRL 4/5 per le protezioni termiche , TRL 5/6 per gli ugelli di propulsione. La timeline per lo sviluppo industriale prevista è inferiore a 5 anni
  Immagine n° 1
  Immagine n° 2
  Immagine n° 3

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