Sviluppo di coating protettivi per strutture aerospaziali CASTI CNR-INFM Università degli Studi dell’Aquila Dipartimento di Fisica CNR-INFM Sviluppo di coating protettivi per strutture aerospaziali Progetto “CRUA – Innovazione, competitività, governance” - Progetto “IN_CO: Azioni integrate per lo sviluppo di “intermediari della conoscenza tecnologica, organizzativa e gestionale” Dott.ssa Patrizia De Marco

I satelliti polari orbitanti nella bassa orbita terrestre (200-1000 km di quota) sono sottoposti a importanti problemi di corrosione dei rivestimenti quali leghe metalliche leggere a base di alluminio o polimerici compositi (Kewlar). Cause di corrosione sono: radiazione ultravioletta dal sole; impatto ad alta velocità di ossigeno atomico. La proprietà protettiva dei rivestimenti diminuisce con grandi problemi di corrosione

Attualmente Coating di Germanio depositato per sputtering. Svantaggi grande attenzione nei processi di deposizione e nei successivi trattamenti per evitare danni e contaminazioni; condizioni di stoccaggio controllate per prevenire corrosione indotta dall’umidità; limitata scalabilità a grandi dimensioni per via degli alti costi. Svantaggi

Innovazione Tecnica Sol-Gel Realizzare coatings costituiti di materiali nanostrutturati multifunzionali resistenti all’ossigeno atomico con caratteristiche controllabili a livello atomico o sotto 30 nm. Realizzazione di coatings capaci di drenare la carica elettrostatica che si accumula in superficie. Basso costo di realizzazione. Tecnica Sol-Gel

Processo Sol-Gel (I) Vantaggi Proprietà Uniformità Alta purezza Basse temperature Strutture controllate Bassi costi Durezza Controllo proprietà elettriche Trasparenza ottica Resistenza termica Vantaggi Proprietà

Processo Sol-Gel (II) permette di sintetizzare composti di alta purezza e omogeneità di ossidi di metalli ( Al2O3, ZrO2, SiO2, CeO2 etc,.) fosfidi (CoP, MoP, NiP, WP etc,.) calcogenidi (NiS, Ag2S, Bi2S3 ,CdSe etc,.) alogenati (AgBr, CsBr, AuI-4, CsI etc,.) M = Si, Ti, Zr, Al, etc., R = CH3, C2H5, C3H7 O = Oxygen Sol-gel solution Chelating agent Stabilising agent DI.H2O Solvent (Liquid) C2H5OH Solute (Solid / Liquid) (M-O-R) M-O-R + H-O-H …(idrolisi)…M-O-H + R-O-H M-O-H + M-O-H ...(condensazione d’acqua)…M-O-M + H-O-H M-O-R + M-O-H …(condensazione dell’alcool)…M-O-M + R-O-H Example: SiO2

La protezione da ossigeno atomico e radiazione ultravioletta è realizzata fabbricando un multistato: Layer 1: Strato conduttivo (con sheet resistance < 103W/ spessore: 1 2 mm) Layer 2: Strato resistente alla corrosione, basato su ossido di silicio (spessore: 1 2 mm; diametro nanosfere di silicio: 200 nm) Layer 3: Strato protettivo impermeabile, basato su silano o su materiali polimerici (spessore: 0,5 mm) Top view Lateral view

Caratterizzazione dei campioni Misure I-V con la tecnica delle quattro punte; Indagine SEM; Indagine AFM; Misure XRD; Misure di angolo di contatto; Misure di corrosione da ATOX e UV (Università La Sapienza, Roma).

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