Advanced ceramics from preceramic polymers and fillers

L'attività di ricerca presentata nella presente tesi ha riguardato la sintesi, la caratterizzazione e le possibili applicazioni di materiali ceramici avanzati, prodotti dalla pirolisi controllata di polimeri preceramici caricati con riempitivi (''fillers'') di diversa natura. L'introduzione di fillers (inerti o ''attivi'') rappresenta sicuramente una delle strategie più adottate per ottenere una efficace riduzione, o addirittura una totale compensazione, del ritiro volumetrico associato alla conversione da polimero a ceramico di tali precursori, in modo da consentire la realizzazione di componenti ceramici integri di dimensioni relativamente grandi. Durante l'attività svolta, è stata studiata la possibilità di sintetizzare un'ampia varietà di ceramici cristallini -- generalmente non ottenibili in modo diretto attraverso la cosiddetta tecnica ''PDCs'' (Polymer Derived Ceramics), quali silicati (mullite/ZrO2, zircone, cordierite, silicati di yttrio e wollastonite) e ceramici nel sistema Si-Al-O-N -- attraverso al pirolisi controllata di polimeri preceramici caricati con nano particelle ceramiche. Grazie alla presenza di una componente polimerica all'interno della miscela di partenza, per la realizzazione dei campioni sono state sfruttate diverse tecnologie di formatura, quali pressatura a freddo, pressatura a caldo, estrusione, rivestimento di subtrati, formazione in-situ di pori e l'utilizzo di fillers sacrificali per la creazione di porosità altamente controllabile. Per ogni sistema ceramico sono state analizzate le reazioni chimico/cristallografiche coinvolte nel processo di sintesi, così come le proprietà dei ceramici finali. Inoltre, vengono presentati alcuni esempi di possibili applicazioni di tali ceramici. La realizzazione di silicati si è visto essere caratterizzata, in generale, da una semplice processabilità e da caratteristiche di sintesi piuttosto favorevoli. Tali sistemi ceramici possono essere applicati sia come componenti strutturali e/o isolanti per applicazioni ad alta temperatura (mullite/ZrO2, zircone, cordierite, silicati di yttrio), sia per applicazioni funzionali come fosfori inorganici (silicati di ittrio) e componenti biocompatibili/bioattivi per impianti ossei (wollastonite). Infine, è stato possibile sintetizzare ceramici silico-alumino-ossinitruri (''sialon'') di elevata purezza e grana sub-micrometrica, anche se attraverso reazioni più complesse, legate alla complessità del sistema ceramico Si-Al-O-N. I ceramici sialon ottenuti attraverso questa nuova metodologia sono stati utilizzati con successo sia come additivi di sinterizzazione per la densificazione di polveri di Si3N4, sia come materiale di giunzione per l'unione di substrati massivi di sialon. Inoltre vengono presentati alcuni risultati preliminari riguardanti la realizzazione di fosfori a base sialon, per applicazioni nel campo dei LED.