LCM – Laboratorio di Caratterizzazione dei Materiali

Il Laboratorio di Caratterizzazione dei Materiali (LCM) è in grado di erogare un’estesa gamma di prestazioni per la caratterizzazione meccanica e termica dei materiali per applicazioni scientifiche e tecnologiche.

Le moderne attrezzature e tecniche di misura di cui dispone permettono di caratterizzare componenti e campioni, anche in condizioni simulate di esercizio, realizzati con materiali strutturali e funzionali, a partire da quelli più tradizionali fino ai più innovativi. Possono essere eseguite prove in controllo di temperatura per determinare le caratteristiche globali e locali dei materiali. Dispone di tecniche diagnostiche non distruttive che impiegano tecniche puntuali e a pieno campo.

Obiettivo corrente della ricerca è lo studio dei meccanismi di rottura di materiali metallici, ceramici, polimerici e compositi, tradizionali e innovativi, di interesse ingegneristico e biomedicale attraverso l’osservazione delle ricostruzioni tomografiche dell’interno del materiale e del campo di deformazione tridimensionale nell’intorno di difetti, intagli, superfici di interfaccia, giunzione, ecc., anche in linea e in tempo reale, a valle della beamline ad alta energia di Materia. Vengono studiati i meccanismi che originano la nucleazione dei difetti e la propagazione di questi ultimi per effetto di carichi affaticanti nei materiali metallici e, contemporaneamente, individuate le forme tridimensionali che le cricche possono assumere in seguito all’applicazione di carichi meccanici.

Sono anche oggetto di studio i meccanismi che governano il creep nei materiali polimerici, le distribuzioni dei difetti e dei vuoti nei materiali ceramici e polimerici e i diversi meccanismi che determinano il cedimento dei materiali compositi con l’analisi dell’interazione tra rotture intralaminari dovuti a cedimenti della matrice, rotture delle fibre, sfilamento delle fibre e fenomeni di delaminazione in seguito a fenomeni di impatto.

Attraverso prove di impatto ad alta energia effettuate con la torre di caduta già in dotazione verranno verificati i modelli empirici e semi-empirici attualmente esistenti ed eventualmente sviluppati di nuovi modelli per l’analisi della rottura di materiali compositi.

Con il pacchetto software per l’analisi di immagini volumetriche rilevate medianti Raggi X, in via di acquisizione, saranno misurati i campi di spostamento e di deformazione interni di campioni sottoposti a carico meccanico e rilevato il campo di spostamento tridimensionale superficiale, analizzando le immagini acquisite con un sistema di decorrelazione digitale tridimensionale in acquisizione. Tali misure nei pressi di intagli, fori, corone anulari appositamente praticati nel materiale, per rilassare le tensioni tensioni residue presenti in un materiale, potranno essere sfruttati per mettere a punto metodi per la misura della distribuzione tridimensionale delle tensioni interne.

Sarà, infine, allestita e messa in funzione la sala metrologica di materia, nella quale potrà essere studiata la struttura superficiale di un materiale a livello microscopico, effettuare misure vibro-acustiche, e realizzare un servizio di taratura di strumenti per la misura di massa, dimensioni e temperatura.

Il Laboratorio attualmente ha in dotazione la seguente attrezzatura:

• Nano-Micro Indentatore e Scratch Tester
• Tribometro
• Macchina di prova elettromeccanica equipaggiata con camera termostatica
• Strumenti per prove d’impatto
• Macchina di prova elettromeccanica dinamica (DMA) assiale-torsionale per prove di fatica
• Sistema per la misura a pieno campo degli spostamenti (DIC, Digital Image Correlation)
• Strumentazione per l’acquisizione e l’elaborazione di segnali vibroacustici
• Termocamera
• Granulometro
• Criostato
• Centralina estensimetrica
• Cella Climatica
• Campioni e Sistemi di taratura per strumenti per la misura di pressione, massa e temperatura

I servizi del laboratorio di caratterizzazione dei materiali potranno interessare le piccole medie imprese regionali ed extraregionali che operano nell’ambito dell’industria meccanica, della lavorazione della plastica, della cantieristica nautica ma anche industrie che lavorano nel comparto aereo, ferroviario, automobilistico, dell’edilizia o anche industrie chimiche, farmaceutiche e dei semiconduttori che non possono disporre, per ovvie ragioni di costo, di un proprio laboratorio per la caratterizzazione dei materiali.

I servizi forniti dal laboratorio saranno, inoltre, di grande ausilio per la ricerca scientifica nell’ambito di progetti finalizzati con centri di ricerca o università o di collaborazione industriale a livello regionale ed extraregionale e potranno essere usufruiti sia da gruppi di ricerca interni all’Unical che esterni.

I servizi sono i seguenti:

Caratterizzazione termo-meccanica di materiali metallici, ceramici, polimerici e compositi (in conformità ai più comuni standard internazionali)

Prove di trazione, compressione e flessione su tre o quattro punti a temperatura ambiente o a temperatura controllata in camera termostatica. Prove di tenacità a frattura e di resistenza a fatica assiale (capacità 10 kN) e multiassiale (assiale-torsionale con carico torsionale massimo di 70 Nm) frequenza 100 Hz sia a basso che ad alto numero di cicli, a temperatura ambiente e a temperatura controllata in camera termostatica. Prove di fatica assiale ad alta frequenza (200 Hz) in controllo di carico/spostamento/strain in condizioni di basso e alto numero di cicli; prove di crack growth (ASTM E 647). Prove di impatto con torre di caduta, Charpy e Izod; Energie di impatto fino a 1800 J; Test eseguibili, su richiesta, anche a temperatura controllata in camera termostatica. Misure della resistenza al creep (capacità di carico 30 kN e temperatura massima 1000 °C); Test di creep; test di creep a rottura; Relaxation test. Prove di delaminazione e resistenza all’adesione. Misura della resistenza alla penetrazione dei materiali alle scale micro e nano. Misura dell’adesione e resistenza al graffio di film sottili e rivestimenti. Misura di Attrito e resistenza all’usura tra materiali solidi diversi. Misure di Rugosità superficiale del materiale (rugosimetro e profilometro ottico). Misure tribologiche di attrito e usura. Test di nanoindentazione, microindentazione e microscratch per misure di durezza e rigidezza. Trattamenti superficiali su una vasta gamma di materiali mediante laser in fibra per migliorare la resistenza all’adesione.

Analisi sperimentale degli sforzi e delle deformazioni su provini, componenti o strutture.

Misure puntuali di deformazione con tecniche estensimetriche su qualsiasi materiale. Misure del campo superficiale di spostamento a pieno campo con metodi ottici (DIC 2D/3D) su qualsiasi materiale. Misure del campo volumetrico di spostamento a pieno campo con metodi ottici (DICvol) su qualsiasi materiale. Diagnostica del danneggiamento del materiale con tecniche ottiche non distruttive. Misure delle tensioni residue nei materiali metallici con il metodo del foro e rosetta estensimetrica.

Misura delle vibrazioni e analisi modale di provini, componenti o strutture.

Prove vibro-acustiche e misure delle vibrazioni con accelerometri monoassiali e triassiali. Misure di vibrazioni di tipo contact-less con acquisizione sincrona dei segnali di spostamento, velocità ed accelerazione. Caratterizzazione vibrazionale di componenti in esercizio e analisi modale.

Caratterizzazione Energetica ed Elettrica dei materiali

Caratterizzazione Termica di pannelli anche in muratura di grandi dimensioni. Verifica delle prestazioni energetiche e di affidabilità sia di componenti semplici che complessi (pareti multistrato) negli intervalli di temperatura e umidità a cui possono essere sottoposti durante il proprio ciclo di vita. Certificazione delle caratteristiche termofisiche dei materiali. Sperimentazioni di materiali innovativi in ambito edilizio. Certificazione energetica degli edifici. Rilievi termografici per ispezioni di impianti e macchine. Caratterizzazione Elettrica di superconduttori a temperature criogeniche.

Controlli granulometrici

Caratterizzazione granulometrica del materiale particolato in matrici solide e liquide.

Controlli Metrologici

Controllo comparatori analogici, digitali, misuratori meccanici, comparatori a leva, sonde induttive, sonde incrementali e alesametri. Controllo blocchetti piano paralleli. Controlli dimensionali, planarità, conicità, e altro. Controllo termometri con bagni termostatici e sonde campioni di temperatura (-50 °C, 600 °C). Taratura di manometri con bilance a peso morto (2-1000 bar) e bilance pneumatiche (-1/100 bar). Taratura delle bilance con masse certificate. Rilevazione di profili e misura di rugosità superficiale. Rilievi termografici (fino 2000°C). Misura della bagnabilità della superficie di un qualsiasi materiale attraverso l’angolo di contatto.

• PAGNOTTA Leonardo (Responsabile Scientifico)
• FILICE Luigino
• FURGIUELE Franco
• ARCURI Natale
• BRUNO LUIGI
• CARBONE Giuseppe
• FRAGIACOMO Petronilla
• GATTI Gianluca
• MALETTA Carmine
• MUNDO Domenico
• UMBRELLO Domenico
• ALFANO Marco
• BRUNO Roberto
• MORANO Chiara