Il progresso nei settori aerospaziale e della difesa è sostenuto da attività di ricerca e sviluppo all’avanguardia nel campo dei metalli, delle leghe e dei materiali avanzati.
Dalla produzione di componenti aerospaziali a strutture ad alte prestazioni per ambienti estremi, il successo dipende dall’ingegneria di precisione e da rigorosi standard qualitativi. Le nostre tecnologie supportano questi settori attraverso la caratterizzazione delle particelle, l’analisi elementare, i trattamenti termici, le prove meccaniche e la preparazione dei campioni, favorendo l’innovazione e l’affidabilità nella scienza dei materiali per applicazioni spaziali e di sicurezza.
Il nostro team di esperti e professionisti vi aiuterà a trovare la soluzione perfetta!
I motori per razzi di nuova generazione vengono ormai realizzati di routine mediante avanzate tecniche di stampa 3D, che consentono di ottenere un’ottimale stabilità strutturale, riduzione del peso e canali di raffreddamento integrati, soluzioni precedentemente irraggiungibili con i metodi di produzione tradizionali. Questa innovazione nell'Additive Manufacturing ha rivoluzionato la produzione di componenti complessi, come parti di missili ed elementi di motori aeronautici, in cui prestazioni e affidabilità sono requisiti fondamentali.
In queste applicazioni, le polveri metalliche — soprattutto a base di titanio e acciaio — rivestono un ruolo cruciale. Nei processi di stampa 3D o di rivestimento tramite spruzzo termico, è essenziale che le polveri presentino distribuzioni granulometriche rigorosamente controllate per garantire processi costanti e affidabili. In genere, si preferiscono particelle sferiche all’interno di un intervallo dimensionale ristretto, poiché queste offrono migliore scorrevolezza e consentono una deposizione più uniforme. Tuttavia, una distribuzione granulometrica eccessivamente stretta può ridurre la densità di impaccamento, favorendo la formazione di vuoti e in disomogeneità nel componente finale.
Microtrac propone un’ampia gamma di tecnologie per l’analisi della dimensione e della forma delle particelle, utilizzando sia metodi di dispersione a secco che a umido. I sistemi Microtrac sono progettati per soddisfare le stringenti esigenze della produzione aerospaziale e della difesa. In questa nota applicativa, Microtrac dimostra come l'Analisi d'Immagine Dinamica (DIA) — implementata nel CAMSIZER X2 — offra una valutazione approfondita della qualità delle polveri. A differenza dei tradizionali metodi di setacciatura, la DIA è in grado di rilevare anche solo lo 0,005% di particelle sovradimensionate, assicurando che solo le polveri conformi agli standard più elevati vengano impiegate nei processi produttivi.
Controllo qualità delle polveri metalliche e dei processi di metallurgia delle polveri basato sull'analisi della dimensione e della forma delle particelle mediante diffrazione laser.
La caratterizzazione avanzata delle particelle nelle polveri metalliche — particolarmente rilevante per l'Additive Manufacturing e la metallurgia delle polveri — evidenzia la necessità di polveri sferiche e con ampia distribuzione granulometrica per garantire ottimale scorrevolezza, densità di impaccamento e integrità del componente finale.
Lo strumento SYNC integra in modo unico la diffrazione laser con l’Analisi d'Immagine Dinamica, consentendo di rilevare simultaneamente dimensione e forma delle particelle — compresi agglomerati, satelliti e particelle sovradimensionate — in un’unica analisi automatizzata.
L’analisi dell’area superficiale delle polveri metalliche riveste un ruolo cruciale nelle applicazioni per la difesa e la sicurezza, dove le prestazioni dei materiali in condizioni estreme sono fondamentali. L’area superficiale specifica influisce su proprietà quali reattività, comportamento in sinterizzazione e resistenza meccanica, parametri essenziali per componenti come corazze, sistemi di propulsione e parti realizzate tramite manifattura additiva.
La serie BELSORP di Microtrac, che comprende i modelli BELSORP MAX X, MAX G e MINI X, offre avanzate funzionalità per la misurazione precisa dell’area superficiale e della distribuzione dimensionale dei pori. Questi strumenti adottano tecniche di adsorbimento di gas, conformi a standard internazionali come ASTM B922 e ISO 9277, garantendo risultati affidabili e riproducibili.
Consulta l’elenco degli standard di conformità associati ai prodotti Microtrac:
BELSORP MAX X si distingue per la capacità di analizzare fino a quattro campioni contemporaneamente, coprendo un ampio intervallo di pressioni e temperature. Supporta diversi adsorbenti, consentendo una caratterizzazione completa dei materiali. Il BELSORP MAX G, grazie alla capacità di misurare pressioni ultra-basse, è ideale per la valutazione di materiali micro, meso e macroporosi.
La misurazione accurata della densità delle leghe in polvere metallica è fondamentale nelle applicazioni per la difesa e la sicurezza, dove le prestazioni dei materiali e l’integrità strutturale rivestono un’importanza primaria. La serie Microtrac BELPYCNO consente la determinazione precisa della densità reale e scheletrica mediante tecniche di spostamento di gas, generalmente utilizzando elio.
Questi strumenti sono indispensabili per la valutazione delle polveri metalliche destinate a manifattura additiva, sinterizzazione e componenti balistici. La conoscenza della densità reale permette di individuare la porosità, valutare la qualità delle polveri e garantire la costanza nelle caratteristiche di componenti come corazzature, parti di missili e strutture aerospaziali.
I picnometri a gas Microtrac sono conformi agli standard internazionali, tra cui ASTM B923 per la densità scheletrica delle polveri metalliche e ISO 12154 per la picnometria a gas. Tali norme assicurano che le misurazioni rispondano ai rigorosi requisiti delle specifiche dei materiali per la difesa.
Oppure questo relativo alla misurazione della densità dei materiali per stampa 3D e stampaggio additivo tramite metodo di spostamento di gas:
Le apparecchiature per la difesa si basano su metalli di alta qualità — dalle piastre d’acciaio per corazze e canne di armi ai componenti strutturali e motori in titanio. Le proprietà meccaniche di questi metalli (resistenza, durezza, durezza) sono direttamente influenzate dal contenuto di carbonio, zolfo e altri elementi. Ad esempio, carbonio e zolfo incidono in modo significativo su durezza e lavorabilità di acciai e titanio.
L’analizzatore ELEMENTRAC CS-i utilizza un potente forno a induzione (in atmosfera di ossigeno >2000 °C) con rilevamento a infrarossi per quantificare con precisione carbonio e zolfo nei campioni metallici.
È inoltre possibile eseguire test accurati di ossigeno e idrogeno su diverse leghe; in particolare, la determinazione dell’ossigeno nel titanio rappresenta una delle analisi più comuni per i componenti critici in ambito aeronautico.
Analogamente, il contenuto di ossigeno, azoto e idrogeno nei metalli è fondamentale: un eccesso di ossigeno o azoto può rendere fragile titanio e acciaio, mentre l’idrogeno può causare pericolose cricche (fragilità da idrogeno) nelle leghe ad alta resistenza.
Gli analizzatori Eltra a fusione in gas inerte (come la serie ONH) misurano questi elementi a livelli di ppm. ELEMENTRAC ONH-p è in grado di determinare O, N, H in metalli e anche in ceramiche, grazie a un forno a impulsi che raggiunge i 3000 °C. Questa tecnologia viene impiegata, ad esempio, per certificare titanio aeronautico o assicurare che un lotto di acciaio speciale per scafi di sommergibili non presenti concentrazioni di idrogeno tali da comprometterne l’integrità.
L’analisi metallografica delle polveri metalliche è fondamentale nei settori della difesa e della sicurezza, in quanto garantisce l’affidabilità e le prestazioni dei componenti realizzati tramite metallurgia delle polveri e manifattura additiva. QATM offre soluzioni complete per la preparazione e l’analisi metallografica, facilitando l’esame dettagliato delle microstrutture, elemento cruciale per le applicazioni militari.
ASTM: Metallographic and Materialographic Specimen Preparation, Light Microscopy, Image Analysis and Hardness Testing rappresenta uno dei principali riferimenti normativi in questo ambito.
Il processo di preparazione inizia con il sezionamento preciso dei campioni, spesso effettuato mediante troncatrici di precisione dotate di lame sottili in CBN per ottenere provini rappresentativi.
Il vasto database di note applicative e metodi di preparazione di QATM mette a disposizione protocolli dettagliati, specifici per diversi materiali e processi
Subsequent hot mounting, utilizing presses like the Qpress series, encapsulates the specimen, providing ease of handling and protecting delicate features during grinding and polishing. This step is crucial for maintaining the integrity of the sample's microstructure.
Grinding and polishing are performed using semi-automatic machines ensure consistent surface finishes necessary for accurate microscopic analysis. These machines accommodate various materials, including steels and nickel superalloys, commonly used in defense components.
The final analysis may involve hardness testing and microscopic examination to assess properties like grain size and phase distribution, vital for predicting material behavior under operational stresses.
Le specifiche militari per i metalli prevedono frequentemente trattamenti termici (tempra, rinvenimento, ricottura) al fine di ottenere le proprietà meccaniche richieste. I forni Carbolite possono essere realizzati in conformità agli standard di trattamento termico aerospaziale, come AMS2750 (NADCAP), e vengono impiegati sia nelle linee produttive della difesa sia nei laboratori di ricerca e sviluppo.
Ad esempio, per sviluppare la corretta struttura cristallina, le palette delle turbine dei motori aeronautici in superlega di nichel devono essere sottoposte a cicli termici ad alta temperatura estremamente precisi, in atmosfera controllata. Per questa tipologia di applicazione, i forni a camera e a vuoto Carbolite garantiscono temperature elevate uniformi e un controllo accurato, offrendo la certezza della conformità agli standard e della tracciabilità delle calibrazioni.
I mulini a sfere ad alta energia consentono ai ricercatori di realizzare la lega meccanica, un processo in cui polveri di diversi metalli vengono macinate insieme per ottenere nuove leghe o materiali nanostrutturati.
Nel settore della difesa, i ricercatori impiegano questi mulini per produrre leghe leggere innovative o fasi metastabili (destinate a corazze o materiali reattivi), sviluppando piccoli lotti di materiale non ottenibili tramite fusione convenzionale.
Nella nostra nota applicativa “Soluzioni per la preparazione dei campioni nell’industria aerospaziale” è possibile approfondire le soluzioni offerte da Retsch.
Un esempio applicativo è lo sviluppo di una nuova lega di alluminio rinforzata con nanoparticelle ceramiche che migliora le prestazioni delle corazze. Le polveri vengono macinate in modo intensivo per incorporare le particelle ceramiche all’interno della matrice metallica. Questo metodo è stato determinante per la realizzazione di superleghe e polveri composite per applicazioni in ambito difesa (come le leghe per lo stoccaggio di idrogeno nei sommergibili o nuovi materiali magnetici per sensori).
Le ceramiche ad alte prestazioni (ad esempio, carburo di boro per piastre corazzate o ceramiche ossidiche per componenti di motori) e i compositi carbonio/carbonio vengono prodotti a partire da polveri fini o precursori specifici. I compositi carbonio/carbonio sono materiali avanzati costituiti da fibre di carbonio inglobate in una matrice carboniosa, noti per l’eccezionale resistenza meccanica, la stabilità termica e la capacità di operare in ambienti estremi.
L’Inconel 718 è una lega ad alte prestazioni a base di nichel-cromo che ha assunto un ruolo fondamentale nei settori aerospaziale e della difesa grazie alle sue eccezionali proprietà meccaniche e alla resistenza ad ambienti estremi. Questa lega si distingue per l’elevata resistenza a creep-rupture a temperature fino a 1300 °F (circa 704 °C), caratteristica che la rende ideale per applicazioni sottoposte a elevati carichi, quali motori a reazione, razzi e turbine a gas.
Nel settore aerospaziale, l’Inconel 718 trova ampio impiego nella produzione di componenti strutturali ad alta velocità, inclusi ruote, palette, distanziali e bulloneria ad alte temperature. La sua capacità di mantenere l’integrità strutturale e di resistere all’ossidazione e alla corrosione in condizioni termiche estreme garantisce affidabilità e lunga durata ai componenti aerospaziali.
Il gruppo Verder è in grado di offrire diverse soluzioni per la produzione e il controllo qualità dell'Inconel 718:
La durezza rappresenta una proprietà fondamentale per i materiali impiegati in ambito militare, poiché è direttamente correlata alla resistenza meccanica, all’usura e, nel caso delle corazze, costituisce un parametro chiave per le prestazioni balistiche. La durezza dei materiali è determinante per le prestazioni, la durabilità e l’affidabilità delle armi e dei sistemi di difesa.
QATM propone una gamma completa di soluzioni per le prove di durezza, coprendo tutti i metodi standard —Vickers, Brinell, Rockwell e Knoop — dalla microdurezza per rivestimenti sottili e microstrutture raffinate, fino alla macro-durezza di metalli massivi. In un laboratorio di controllo qualità per la difesa, i durometri QATM possono essere impiegati regolarmente per test Rockwell su ogni lotto di acciaio per corazzature, verificando che i trattamenti di tempra e rinvenimento siano stati eseguiti correttamente.
Queste prove risultano essenziali per garantire la conformità dei materiali alle rigorose specifiche militari, che spesso fanno riferimento a standard quali ASTM E18 per Rockwell o ASTM E384 per Vickers. Gli strumenti QATM, ad alta precisione, sono frequentemente dotati di tavole portacampioni automatizzate e di sistemi avanzati di acquisizione immagini, consentendo test rapidi e accurati su più punti del campione.
Anche la prova di impatto balistico viene eseguita con il Micro Durometro Q10A+.
I forni Carbolite — tra cui i forni tubolari e con elementi in grafite — rivestono un ruolo fondamentale nella produzione e nella caratterizzazione di materiali all’avanguardia quali ceramiche tecniche e compositi carbonio-carbonio (C/C), ampiamente utilizzati nel settore della difesa. La produzione dei compositi C/C prevede il riscaldamento graduale di componenti in fibra di carbonio impregnati di polimero in atmosfera inerte, con lo scopo di carbonizzare la resina tramite il processo di pirolisi, seguito spesso da una fase di grafitizzazione a temperature ancora più elevate per migliorare le proprietà del materiale. Carbolite offre forni specializzati per la ricerca e sviluppo su fibre di carbonio e compositi carboniosi, tra cui forni per il debinding (operanti intorno agli 800 °C per la rimozione dei leganti) e forni ad alta temperatura per la carbonizzazione e la grafitizzazione, in grado di raggiungere circa 2500–3000 °C.
Questi sistemi consentono la produzione di componenti C/C come inserti per ugelli di razzi, ogive di missili e dischi freno per aeromobili, tutti progettati per resistere a temperature e sollecitazioni estreme. Ad esempio, presso la University of Virginia, un forno Carbolite ad alta temperatura (modello LHTG 200-300) viene utilizzato per la fabbricazione di ceramiche a partire da materiali polimerici precursori, permettendo la trasformazione dei polimeri in componenti ceramici in atmosfera inerte fino a 3000 °C.
Tali capacità risultano di particolare rilevanza per la ricerca nel settore della difesa, supportando lo sviluppo di materiali come matrici ceramiche in carburo di silicio o altri compositi per altissime temperature, destinati ad applicazioni quali le superfici di veicoli ipersonici.
Il processo di preparazione dei campioni è davvero importante per garantire risultati validi e affidabili. L'uso del sistema di macinazione corretto è essenziale per ottenere i risultati desiderati, e possiamo suddividere le esigenze in:
La determinazione del carbonio e l’analisi termogravimetrica rivestono un ruolo fondamentale nei materiali compositi carbonio-carbonio e nei polimeri rinforzati con fibra di carbonio (CFRP), in quanto consentono di valutare la resa in carbone (char yield) e il contenuto di resina residua, parametri critici per il controllo qualità e la valutazione delle prestazioni.
La misurazione dell’ossigeno totale in polveri di alluminio o ceramiche fornisce un indicatore indiretto del grado di ossidazione superficiale: in polveri in cui l’ossigeno risiede principalmente nel film superficiale, un livello di ossigeno più elevato corrisponde generalmente a uno strato di ossido più spesso, il quale influenza a sua volta la reattività, la sinterizzazione e le proprietà finali del materiale. Di conseguenza, l’analisi routinaria dell’ossigeno — integrata da tecniche specifiche per la superficie — costituisce una prassi standard nel controllo qualità dei processi di produzione di polveri per i settori aerospaziale e della difesa.
Entrambi i tipi di analisi rappresentano pratiche consolidate nella scienza dei materiali per garantire le proprietà desiderate e le prestazioni ottimali dei materiali avanzati, con particolare riferimento alle applicazioni aerospaziali e della difesa.
La versatilità degli strumenti ELTRA consente l’analisi di polveri, fibre e componenti finiti. Gli analizzatori ELTRA (come le serie ELEMENTRAC ONH e CS) utilizzano forni a resistenza o a induzione che raggiungono temperature molto elevate (fino a 3000 °C), assicurando la completa decomposizione anche di materiali altamente stabili come i compositi C/C o le ceramiche. Ciò permette una determinazione accurata di carbonio, ossigeno e altri elementi leggeri. Inoltre, l’hardware ELTRA è progettato per minimizzare la contaminazione incrociata tra le analisi, grazie a sistemi di pulizia automatica e camere di combustione facilmente lavabili.
La dimensione e la forma delle particelle delle polveri ceramiche o dei compositi carboniosi sono parametri fondamentali per prevedere il comportamento in sinterizzazione e la microstruttura finale.
L’analisi granulometrica di materiali come ceramiche avanzate e compositi carbonio-carbonio presenta sfide specifiche, dovute principalmente alle particolari proprietà fisiche e strutturali di questi materiali. Ceramiche e compositi a base di carbonio tendono ad agglomerarsi a causa delle forze di van der Waals o delle cariche superficiali.
Questo fenomeno può rendere difficile ottenere una distribuzione granulometrica accurata e rappresentativa senza un’adeguata dispersione. L’impiego di strumenti basati sulle tecnologie di Analisi d'Immagine Dinamica o Diffrazione Laser, come Microtrac CAMSIZER X2 e Microtrac SYNC, consente di distinguere tra particelle primarie e agglomerati.
Questi materiali, inoltre, presentano spesso particelle dalla forma non sferica, fattore che può influenzare i risultati degli strumenti che assumono una morfologia sferica. È pertanto consigliabile utilizzare analizzatori che forniscano dati sia sulla dimensione che sulla forma delle particelle, come quelli basati sull’analisi delle immagini.
Per i compositi C/C (in carbonio rinforzato con fibra di carbonio, utilizzati in ogive di missili, ugelli di razzi, dischi freno per aeromobili per la loro resistenza alle temperature estreme), la porosità rappresenta un parametro critico. Questi materiali vengono realizzati tramite infiltrazione di una preforma in fibra di carbonio con resina o pece seguita da carbonizzazione, spesso ripetuta per aumentarne la densità. Il materiale finale presenta generalmente una porosità residua; la dimensione dei pori (microporosità all’interno della matrice carboniosa rispetto a vuoti di dimensioni maggiori) può influenzare sia la resistenza meccanica sia la capacità di resistere all’ablatore. La caratterizzazione della distribuzione dimensionale dei pori nei compositi C/C può essere effettuata tramite adsorbimento di gas per micropori e mesopori, e tramite intrusione di mercurio per i pori di dimensioni maggiori.
Ad esempio, il carbonio attivato viene impiegato nei filtri per maschere antigas e nei sistemi di protezione collettiva per l’adsorbimento di agenti chimici di guerra. L’efficacia di questi materiali è direttamente correlata all’area superficiale specifica e alla struttura porosa: un’elevata area superficiale (oltre 1000 m²/g) e una distribuzione ottimale tra micropori e mesopori consentono una cattura efficace delle molecole tossiche.
Gli strumenti BELSORP sono comunemente utilizzati per caratterizzare questi materiali: misurano le isoterme di adsorbimento dell’azoto a 77 K per calcolare l’area superficiale BET e applicano metodi DFT per determinare la distribuzione dimensionale dei pori. Un esempio applicativo è lo studio su fibre di carbonio attivato destinate all’assorbimento di un simulante del gas mostarda (2-CEES).
PER APPROFONDIMENTI SPECIFICI, LEGGI L'ARTICOLO DI MDPI
Nel settore aerospaziale e della difesa, il mantenimento dei più elevati standard di qualità e prestazioni è fondamentale. I team di ricerca e sviluppo (R&D) e i reparti di controllo qualità (QC) si affidano a tecniche analitiche avanzate per garantire che materiali e componenti rispettino specifiche rigorose. Il Gruppo Verder mette a disposizione una gamma completa di strumenti a supporto di questi processi critici, tra cui apparecchiature per analisi elementare, trattamenti termici, caratterizzazione delle particelle, metallografia e prove di durezza, nonché sistemi per la macinazione e la setacciatura.
Il metodo Dumas prevede la combustione ad alta temperatura di un campione in un ambiente ricco di ossigeno, convertendo gli elementi nelle rispettive forme gassose (ad esempio, il carbonio in CO₂, l’azoto in N₂). I gas prodotti vengono poi fatti passare attraverso filtri e analizzati tramite un rivelatore a conducibilità termica (TCD) per l’azoto e celle a infrarossi per la determinazione dell’anidride carbonica. Questo consente di ottenere il contenuto totale di azoto e carbonio in pochi minuti.
Questa determinazione è fondamentale nei propellenti per valutare la composizione di materiali energetici come la nitrocellulosa, in cui il contenuto di azoto è direttamente correlato al potenziale energetico e alla stabilità. Lo studio del carbonio e dell’azoto garantisce la coerenza tra i lotti di produzione di polveri da sparo e propellenti, verificando i rapporti attesi tra carbonio e azoto. Inoltre, il contenuto C/N viene utilizzato per supportare l’identificazione forense o militare dei materiali e per le analisi di invecchiamento.
Nel settore della difesa, dove vengono impiegate leghe ad alte prestazioni come acciai per corazze, leghe leggere aerospaziali e materiali per artiglieria, la metallografia riveste un ruolo fondamentale sia nello sviluppo di nuovi materiali, sia nel controllo qualità dei componenti prodotti.
L’obiettivo è identificare le caratteristiche microstrutturali che influenzano direttamente le proprietà meccaniche e il comportamento in esercizio del componente.
Il processo metallografico prevede il prelievo di un provino dal materiale di interesse, il suo inglobamento in resina per facilitarne la manipolazione e una lucidatura accurata fino a ottenere una superficie a specchio. Successivamente, la superficie viene attaccata chimicamente con un reattivo idoneo (acido o soluzione specifica) per mettere in evidenza i bordi dei grani e le diverse fasi presenti.
Il campione così preparato viene poi esaminato al microscopio metallografico ottico, a diversi ingrandimenti (tipicamente 50x, 100x, 500x o 1000x) in luce riflessa.
La valutazione microstrutturale può essere qualitativa (ad esempio, “struttura martensitica rinvenuta con carburi dispersi”) oppure quantitativa, tramite software di analisi delle immagini. Le analisi quantitative possono includere:
Molti materiali impiegati nel settore della difesa si presentano sotto forma di polveri o solidi porosi (ad esempio, esplosivi granulari, propellenti solidi compositi, catalizzatori per razzi e adsorbenti per maschere antigas).
Una proprietà chiave di questi materiali è l’area superficiale specifica, generalmente espressa in m²/g, che viene determinata tramite tecniche di adsorbimento di gas a temperature criogeniche, tipicamente secondo il metodo BET (Brunauer–Emmett–Teller). Dal profilo di isoterma di adsorbimento ottenuto, il modello BET consente di calcolare l’area superficiale totale necessaria a giustificare la quantità di gas adsorbita osservata.
L’area superficiale specifica di una polvere esplosiva influisce direttamente sul suo comportamento. In generale, una superficie maggiore (particelle più fini o più porose) determina una reattività superiore. Nei propellenti solidi, ad esempio, la velocità di combustione è strettamente legata alla superficie disponibile del grano esposto alla reazione. Pertanto, nella progettazione balistica, sia la distribuzione granulometrica sia l’area superficiale devono essere ottimizzate con precisione per garantire una combustione stabile e sicura.
Nel controllo qualità, la misura dell’area superficiale specifica di un lotto di polvere da sparo o esplosivo consente di verificare che il materiale rientri nell’intervallo desiderato.
Anche la stabilità a lungo termine di questi materiali può essere monitorata: durante lo stoccaggio, le polveri possono aggregarsi o formare cristalli più grandi (riducendo l’area superficiale), oppure frantumarsi (aumentandola). L’adsorbimento di gas è quindi uno strumento prezioso per rilevare tali variazioni nel tempo.
Oltre al calcolo dell’area superficiale media (solitamente ottenuta dalla regione lineare dell’isoterma BET), le tecniche di adsorbimento di gas permettono anche di caratterizzare la porosità dei materiali. Tramite metodi come BJH (Barrett–Joyner–Halenda) è possibile determinare la distribuzione dimensionale dei pori interni.
In un contesto di ricerca e sviluppo per la difesa, ad esempio, si può progettare un nuovo esplosivo con una microstruttura cristallina controllata e pori di dimensioni nanometriche, con l’obiettivo di ridurre la sensibilità agli urti meccanici mantenendo un’area superficiale sufficiente per garantire un’elevata velocità di detonazione. L’analisi BET risulta fondamentale per validare l’effetto dei processi di cristallizzazione sul prodotto finale.
Oltre alla produzione, i forni per trattamenti termici vengono utilizzati per testare il comportamento dei materiali sotto l’azione del calore. I forni da incenerimento Carbolite (ad esempio, impiegati per rimuovere il contenuto organico a circa 600–800 °C) consentono di determinare il contenuto di ceneri nei compositi o la purezza di un propellente tramite incenerimento dei campioni e misurazione del residuo.
Ad esempio, un produttore di corazze può incenerire un campione di piastra composita ceramica per verificare il rapporto tra fibra e matrice (bruciando il polimero e pesando la cenere ceramica). I forni ad alta temperatura possono inoltre simulare le condizioni di esercizio: in laboratorio, un campione di acciaio per corazze o di rivestimento protettivo può essere riscaldato per valutare il comportamento in ossidazione o la degradazione alle elevate temperature tipiche del campo di battaglia.
I forni tubolari Carbolite con atmosfera controllata possono essere utilizzati per test di resistenza all’ossidazione su rivestimenti per componenti di motori navali, oppure per sottoporre componenti elettronici a esposizioni prolungate ad alta temperatura nell’ambito di prove di stress.
Le caratteristiche delle particelle influenzano direttamente il comportamento dei materiali, come la velocità di combustione, la scorrevolezza e la densità di impaccamento. Le applicazioni principali includono:
La velocità di combustione e la stabilità dei propellenti (come i propellenti per armi a base di nitrammina o i combustibili per razzi) e degli esplosivi ad alto potenziale sono estremamente sensibili alla dimensione delle particelle. Le specifiche militari statunitensi, infatti, prescrivono l’analisi Microtrac per determinati propellenti, al fine di verificare che il materiale rientri nei limiti richiesti.
La distribuzione granulometrica deve essere conforme a quanto riportato di seguito:
| Distribution (percentile-weight %) | Microns | ||||
| 10% | 1.4+/-0.1 | ||||
| 50% | 4.2+/-0.3 | ||||
| 90% | 10.5+/-0.5 | ||||
| Mean | 5.2+/-0.5 | ||||
Nei propellenti (come i propellenti solidi compositi per razzi o i propellenti per armi da fuoco), la dimensione delle particelle degli ingredienti — come ossidanti (ad esempio perclorato d’ammonio) e combustibili metallici (ad esempio polvere di alluminio) — deve essere ottimizzata con precisione. Le particelle fini favoriscono velocità di combustione più elevate, mentre quelle più grossolane la rallentano; spesso si utilizza una distribuzione bimodale per ottimizzare la densità di impaccamento e modulare il profilo di combustione. Studi hanno dimostrato che un aumento della dimensione delle particelle di ossidante o combustibile (e quindi una minore area superficiale) comporta una riduzione della velocità di combustione del propellente, poiché è disponibile meno superficie per la reazione.
I sistemi di diffrazione laser e analisi delle immagini di Microtrac consentono misure rapide e precise delle polveri granulari esplosive e degli ossidanti, garantendo la conformità alle specifiche progettuali.
Desideri ulteriori informazioni?
Sebbene gli analizzatori laser e ottici Microtrac offrano analisi avanzate della granulometria, la setacciatura rimane un metodo semplice e conforme alle normative per misurare la distribuzione delle dimensioni delle particelle, particolarmente indicato per il controllo qualità. Ad esempio, negli impianti di produzione di polvere di alluminio per propellenti da razzo, la polvere viene setacciata per garantire che il 90% passi attraverso un setaccio da 150 µm e sia trattenuto su quello da 50 µm, specifica fondamentale per assicurare le corrette caratteristiche di combustione.
I setacciatori Retsch permettono di effettuare queste misurazioni in modo ripetibile. L’analisi granulometrica tramite setacciatura è utile anche per valutare la dimensione delle particelle di sabbia e suolo nelle fortificazioni militari o per verificare se la polvere in ambienti desertici rientra in intervalli dimensionali che potrebbero influire sull’efficienza dei filtri dei veicoli.
Retsch offre diverse soluzioni per garantire le migliori prestazioni. Consulta il report applicativo:
| HMX Type | Size Range (µm) | Key Use | ||||
| Type A | 45–150 | Castable explosives | ||||
| Type B | 10-44 | Pressed compositions | ||||
| Ultrafine | <10 | Propellants, boosters | ||||
L’esplosivo ad alto punto di fusione (HMX) richiede un controllo rigoroso della dimensione e della morfologia delle particelle, al fine di ottimizzare la velocità di combustione, la densità di impaccamento e la stabilità polimorfica. I metodi di cristallizzazione — come la trasformazione assistita a ultrasuoni e la precipitazione in CO₂ supercritico—permettono di ottenere particelle di HMX con dimensioni che vanno da meno di 5 µm fino a oltre 300 µm. Gli standard di riferimento (ad esempio MIL-DTL-45444A) richiedono distribuzioni granulometriche ristrette e agglomerazione minima.
Il Microtrac SYNC integra in un unico sistema la diffrazione laser e l’analisi dinamica delle immagini, consentendo di identificare in modo univoco particelle fini, sovradimensionate, satelliti e anomalie di forma — tutti aspetti fondamentali per la qualità e la sicurezza dell’HMX.
Per i materiali pirotecnici e i propellenti, la determinazione dell’area superficiale BET è fondamentale per prevedere la rapidità di accensione di un materiale o la quantità di legante necessaria per rivestire le particelle. In uno studio in ambito difesa, esplosivi RDX (Ciclotrimetilentrinitrammina) ultrafini sono stati sintetizzati e caratterizzati mediante analisi dell’area superficiale BET, insieme ad altre tecniche, confermando che le particelle ultrafini presentano un’area superficiale superiore e una sensibilità diversa rispetto al materiale standard.
Ad esempio, BELSORP-Max consente la misurazione simultanea di più campioni su diversi intervalli di pressione, determinando non solo l’area superficiale tramite BET multipunto, ma anche il volume dei mesopori secondo il metodo BJH. Queste analisi possono essere applicate per quantificare il volume dei pori nelle polveri per propellenti o nelle particelle catalitiche utilizzate nelle formulazioni di propellenti.
Sei interessato ad approfondire?
La termogravimetria (TGA) è una tecnica di grande valore nella ricerca sui materiali per la difesa. Questo metodo consente di determinare la stabilità termica dei composti energetici — garantendo che un esplosivo o un propellente non si decomponga o perda massa al di sotto della temperatura di esercizio prevista —, di misurare il contenuto di leganti o volatili nei compositi e di quantificare l’umidità nelle polveri, aspetto fondamentale per quei materiali che devono rimanere asciutti per mantenere la stabilità.
Desideri ricevere ulteriori informazioni?
Quanto è fine il primo campione di suolo lunare mai analizzato? McKay e colleghi hanno utilizzato un analizzatore Microtrac a diffrazione laser sul campione Apollo 11 numero 10084, rilevando particelle sub-microniche che i setacci tradizionali non erano in grado di individuare.
Cooper e collaboratori utilizzano un diffrattometro laser Microtrac sul suolo dell’Apollo 11 per quantificare le particelle abbastanza piccole da raggiungere gli alveoli degli astronauti.
Sospettando che decenni di esposizione all’umidità terrestre potessero aver ridotto il suolo “arancione” dell’Apollo 17 (campione 74220) in particelle sempre più piccole, il team di Taylor ne ha ripetuto la misurazione — dopo cicli ripetuti di bagnatura e asciugatura — utilizzando la diffrazione laser (Microtrac).
Robens e coautori combinano esperimenti di adsorbimento con le curve granulometriche ottenute tramite un diffrattometro laser Microtrac Bluewave per correlare la rugosità nanoscopica all’assorbimento di acqua e idrocarburi nei suoli lunari delle missioni Apollo 11, 12 e 16.
Con team dedicati di esperti in tutto il mondo, siamo a vostra disposizione, sempre e ovunque.
Per offrirvi un servizio di alta qualità, Verder Scientific gestisce un'ampia rete di filiali e uffici commerciali locali. Siamo pronti a fornirvi dimostrazioni dei prodotti, supporto applicativo e assistenza completa.
