Materiali resistenti ad elevate temperature
Salve,
Forse sono un po' troppo pretenzioso colla domanda, ma è una curiosità che mi affascina davvero tanto e non sono soddisfatto di ciò che ho trovato su internet, così ho pensato di scrivere qua - magari c'è qualcuno esperto in materia!
-. Da un paio di giorni mi sto interrogando circa l'esistenza di materiali resistenti ad altissime temperature (magari 5000 °C). Ad intuito mi viene da dire di no, ma non vorrei darlo per scontato. Insieme a questo vorrei poi sapere quali sono i materiali più resistenti al calore inventati/scoperti dall'uomo e a quali temperature massime possono arrivare. Tengo a precisare che con resistenti intendo "tali che l'alta esposizione al calore per tempi prolungati (parlo di ore, almeno una) non li deformi o non ne comprometta le caratteristiche/proprietà". E per finire mi chiedevo che tipo di materiali hanno usato per costruire gli acceleratori di particelle, visto che, ho letto, a seguito dell'urto sono state rilevate temperature esorbitanti. Oppure le navicelle spaziali... anche loro dovranno far fronte abbastanza bene ai fenomeni di irraggiamento per periodi molto lunghi.
Grazie in anticipo e Buon anno!
Forse sono un po' troppo pretenzioso colla domanda, ma è una curiosità che mi affascina davvero tanto e non sono soddisfatto di ciò che ho trovato su internet, così ho pensato di scrivere qua - magari c'è qualcuno esperto in materia!
-. Da un paio di giorni mi sto interrogando circa l'esistenza di materiali resistenti ad altissime temperature (magari 5000 °C). Ad intuito mi viene da dire di no, ma non vorrei darlo per scontato. Insieme a questo vorrei poi sapere quali sono i materiali più resistenti al calore inventati/scoperti dall'uomo e a quali temperature massime possono arrivare. Tengo a precisare che con resistenti intendo "tali che l'alta esposizione al calore per tempi prolungati (parlo di ore, almeno una) non li deformi o non ne comprometta le caratteristiche/proprietà". E per finire mi chiedevo che tipo di materiali hanno usato per costruire gli acceleratori di particelle, visto che, ho letto, a seguito dell'urto sono state rilevate temperature esorbitanti. Oppure le navicelle spaziali... anche loro dovranno far fronte abbastanza bene ai fenomeni di irraggiamento per periodi molto lunghi.Grazie in anticipo e Buon anno!
Risposte
"Raptorista":
Gli acceleratori di particelle sono raffreddati a liquido, quindi ad intuito direi che il calore "non fa in tempo" a portare a fusione l'acceleratore stesso. Inoltre la temperatura di funzionamento di, per esempio, LHC è bassissima, più bassa dello spazio aperto, il che immagino contribuisca a proteggere l'acceleratore stesso.
Se non sbaglio quello di LHC non è un normale raffreddamento a liquido, ma raffreddamento con un superfluido, ovvero uno "stato" della materia che si manifesta a bassissime temperature e caratterizzato da un'elevatissima conducibilità termica e assenza di ebollizione.
Grazie mille a tutti per le risposte, scusate per la domanda un po' "fantascientifica" ... Ringrazio in particolare @Intermat per lo spunto di approfondimento su materiali nuovi (dopo una piccola ricerca ho compreso la potenza del silicio in questo ambito!)
Comunque io considererei la grafite (sempre di carbonio si tratta) che - vado a memoria - era usata anche per il
https://it.wikipedia.org/wiki/Sistema_d ... ce_Shuttle
Buon anno &
https://it.wikipedia.org/wiki/Sistema_d ... ce_Shuttle
Buon anno &
Citando wikipedia, "il tungsteno fonde a 3422 °C" quindi non raggiunge i 5000°C. Inoltre devi considerare, per quel poco che conosco la materia, che quando vengono progettati dei componenti questi devono lavorare, a regime, lontano dalle temperature che ne alterano le qualità richieste (in particolare quelle meccaniche). Questo vuol dire che pure il tungsteno non potrebbe essere usato costantemente a temperature oltre i 3000 °C o almeno andrebbe fatto con cautela.
Solitamente i materiali refrattari vengono usati in un range di temperature compreso fra i 1100 e i 2200 °C, tra questi materiali i più importanti sono: il Molibdeno (usato in razzi, motori a propulsione e negli stampi per presso-colata), il Niobio (le cui leghe sono usate in razzi e missili), il Tungsteno e il Tantalio (usato in forni e scambiatori di calore resistenti agli acidi oltre che in missili e aerei).
In generale anche i compositi a matrice ceramica sono resistenti alle alte temperature (anche se hanno altri limiti). In particolare materiali per le matrici come il carburo di silicio, il nitruro di silicio, l'ossido di alluminio e la mullite -composto di alluminio, silicio e ossigeno- conservano la loro resistenza fino a circa 1700°C, invece i compositi con matrici e rinforzo in carbonio la mantengono fino a circa 2500 °C (il problema è l'ossidazione ad elevate temperature).
In pratica, la maggior parte dei materiali, anche refrattari, riesce a resistere fino a circa 2000-2500 °C, non di più.
Solitamente i materiali refrattari vengono usati in un range di temperature compreso fra i 1100 e i 2200 °C, tra questi materiali i più importanti sono: il Molibdeno (usato in razzi, motori a propulsione e negli stampi per presso-colata), il Niobio (le cui leghe sono usate in razzi e missili), il Tungsteno e il Tantalio (usato in forni e scambiatori di calore resistenti agli acidi oltre che in missili e aerei).
In generale anche i compositi a matrice ceramica sono resistenti alle alte temperature (anche se hanno altri limiti). In particolare materiali per le matrici come il carburo di silicio, il nitruro di silicio, l'ossido di alluminio e la mullite -composto di alluminio, silicio e ossigeno- conservano la loro resistenza fino a circa 1700°C, invece i compositi con matrici e rinforzo in carbonio la mantengono fino a circa 2500 °C (il problema è l'ossidazione ad elevate temperature).
In pratica, la maggior parte dei materiali, anche refrattari, riesce a resistere fino a circa 2000-2500 °C, non di più.
Ciao, grazie per la risposta. Sai al tungsteno ci avevo pensato , come anche a materiali in fibra di carbonio, ma penso che le temperature massime a cui arrivino siano sui 2000°C, non credo molto di più. Per quanto riguarda l'acceleratore di particelle e le sonde spaziali hai ragione, non ci avevo fatto caso... 
Il primo esempio che mi viene in mente è il tungsteno, di cui sono fatti i filamenti delle lampadine ad incandescenza. Purtroppo non mi vengono in mente altri esempi 
Gli acceleratori di particelle sono raffreddati a liquido, quindi ad intuito direi che il calore "non fa in tempo" a portare a fusione l'acceleratore stesso. Inoltre la temperatura di funzionamento di, per esempio, LHC è bassissima, più bassa dello spazio aperto, il che immagino contribuisca a proteggere l'acceleratore stesso.
Per quanto riguarda le navicelle spaziali, di nuovo lo spazio è molto freddo e l'irraggiamento provvede a raffreddare la navicella.
Tieni a mente che non sono per niente esperto in materia!
Gli acceleratori di particelle sono raffreddati a liquido, quindi ad intuito direi che il calore "non fa in tempo" a portare a fusione l'acceleratore stesso. Inoltre la temperatura di funzionamento di, per esempio, LHC è bassissima, più bassa dello spazio aperto, il che immagino contribuisca a proteggere l'acceleratore stesso.
Per quanto riguarda le navicelle spaziali, di nuovo lo spazio è molto freddo e l'irraggiamento provvede a raffreddare la navicella.
Tieni a mente che non sono per niente esperto in materia!
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