Proprietà ottiche e meccaniche di materiali vetroceramici contenenti terre rare e metalli di transizione.

Negli ultimi anni, grande importanza è stata dedicata a diversi sistemi vetrosi contenenti terre rare e metalli di transizione, grazie alle loro peculiari proprietà magnetiche, luminescenti, ed elettrochimiche. Inoltre, anche le proprietà meccaniche del vetro possono essere modificate mediante l'introduzione di terre rare nella struttura vetrosa, determinando, in casi specifici, la formazione di una struttura di vetroceramica. I principali campi di applicazione di questi sistemi sono l'elettronica di consumo, le comunicazioni, l’energia pulita, i sistemi di trasporto avanzati, l’assistenza sanitaria, la gestione ambientale e la fisica delle alte energie. In questo studio sono stati analizzati tre diversi sistemi col fine di studiare l'effetto principale di terre rare e metalli di transizione all’interno di materiali vetrosi, vetroceramici e ceramici. Nella prima parte di questo studio vetri idonei per essere impiegati nella fisica sperimentale delle alte energie sono stati sviluppati e studiati. In questo campo di applicazione i principali requisiti dei materiali sono alta densità, basso indice di rifrazione, alta intensità di emissione ed elevata durata decadimento. A tal fine, le proprietà ottiche e fisiche di vetri borati contenenti metalli pesanti e Dy3+, Er3+, Nd3+, Ce4+ sono state misurate e discusse. I principali risultati di questo studio suggeriscono che tra le terre rare studiate Ce4+ ha la maggiore tendenza alla cristallizzazione, mentre d'altra parte le proprietà ottiche sono state migliorate mediante l'introduzione di Dy3+ e Er3+ . Questa parte del lavoro è stata sviluppata in collaborazione con il Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois (U.S.A.) e con Coe College, Cedar Rapids, Iowa (U.S.A). Nella seconda parte di questo studio un’approfondita indagine sulla correlazione tra microstruttura e proprietà meccaniche è stata eseguita su materiali vetroceramici silicatici appartenenti al sistema litio-alluminio, contenenti ossido di cerio, prima e dopo l’applicazione di uno smalto. In particolare è stato impiegato uno smalto contenente ossido di cerio nella propria formulazione per impartire al materiale una colorazione leggermente gialla, per somiglianza ai denti naturali. Il ciclo termico di ottenimento del materiale vetroceramico e l’applicazione dello smalto sono stati studiati per verificare quali siano i parametri che maggiormente influenzano le caratteristiche della microstruttura del vetroceramico, influenzata anche dalla cristallizzazione del cerio. I principali risultati di questo studio suggeriscono che la presenza di cerio all'interno dello smalto causa la presenza di fasi cristalline indesiderate all'interfaccia smalto / vetroceramico che può originare rottura. Questa parte è stata sviluppata in collaborazione con l'Institut Straumann A.G., Basilea Città, Svizzera. Infine, nella terza parte di questo studio è stato studiato il riciclaggio di polvere di Zirconia stabilizzata con Yttria come scarto proveniente dal settore della produzione di rivestimenti per barriere termiche. In questa parte finale, un metodo a basso costo è stato sviluppato per riciclare polvere di Zirconia stabilizzata con Yttria nella produzione di piastrelle ceramiche. Questa parte è stata sviluppata nell'ambito del progetto LIFE12 ENV / IT / 678, in collaborazione con Ceramica Fondovalle S.p.A. e Turbocoating S.p.a.