Caratterizzazione termica, elettrica e meccanica di Tungsteno prodotto mediante tecnologie di Additive Manufacturing per applicazioni ad altissima temperatura in alto vuoto

Il Tungsteno rientra nella categoria dei metalli refrattari e tra questi possiede il più alto punto di fusione, oltre che un’ottima conducibilità termica ed elettrica. La tecnica ISOL, utilizzata per la produzione di specie esotiche radioattive in forma di fascio di ioni, necessita di una sorgente di ionizzazione al plasma, i cui componenti devono essere sottoposti a temperature di esercizio oltre i 2000°C, per un tempo prolungato in alto vuoto. Le proprietà refrattarie del Tungsteno, pertanto, lo rendono un valido materiale per le parti della sorgente a contatto con il plasma. Il presente lavoro di tesi tratta la caratterizzazione termica, elettrica e strutturale del Tungsteno prodotto tramite Laser Powder Bed Fusion (LPBF), una tecnologia di Additive Manufacturing (AM) che si presta bene per la produzione di componenti di geometria complessa e con tolleranze ben definite, difficilmente ottenibili con le tecniche di lavorazione tradizionali. La caratterizzazione termica è focalizzata alla stima dell’emissività e della conducibilità termica ad alta temperatura, e prevede una serie di prove di riscaldamento di campioni discoidali in Tungsteno prodotti tramite tecnologia LPBF fino ai 1400°C svolte presso i Laboratori Nazionali di Legnaro dell’INFN, con un opportuno apparato in grado di riprodurre una distribuzione di temperatura con gradienti radiali sul disco. Tramite pirometri a infrarossi è possibile misurare la temperatura al centro e alla periferia del disco e ricavare le informazioni necessarie per la stima dell’emissività emisferica globale. I dati di emissività e di temperatura ottenuti, sono stati inseriti successivamente all’interno di un modello numerico FEM per la stima della conducibilità termica. Per quanto riguarda le proprietà elettriche, i campioni in Tungsteno realizzati mediante la tecnica LPBF e dalla geometria ben definita, sono stati sottoposti a delle rampe di corrente ed è stata misurata, attraverso una sofisticata apparecchiatura, la conseguente caduta di potenziale nel tratto utile dei provini. Da queste grandezze e dalla conoscenza delle dimensioni della sezione del provino è stato possibile risalire direttamente alla resistività elettrica del materiale. Le prove meccaniche, infine, sono state eseguite presso i laboratori del DIAM di Padova. Da questi test, eseguiti secondo gli standard ISO, si sono ricavati il modulo elastico, la tensione di rottura e la tensione di snervamento di campioni in Tungsteno AM, sia a temperatura ambiente, che a temperature più elevate. I dati ottenuti da queste prove risultano fondamentali per comprendere la stabilità e il comportamento del Tungsteno AM alle alte temperature e per averne un confronto diretto con lo stesso materiale ottenuto attraverso le lavorazioni tradizionali.