Revista >> Octombrie - Noiembrie 2015 [Nr. 179] >> Cercetare & Invatamant superior

Microfire metalice izolate în sticlă dezvoltate în ICPE-CA pentru aplicaţii industriale

Dr. Mirela Maria Codescu, cercetator ICPE-CA, departament Materiale Avansate

28 Octombrie 2015

Aceste noi materiale au fost dezvoltate în ultimii ani la nivel de laborator şi se dovedesc a fi extrem de promiţătoare în numeroase aplicaţii, datorită proprietăţilor lor remarcabile, electrice, magnetice şi mecanice.

Tehnologia inovativă de producere include prepararea firelor metalice din topitură printr-un proces de solidificare ultrarapidă, răcirea lor cu circa 100oC/s şi tragerea cu o viteză de circa 1m/s (procedeul Taylor – Ulitovsky). Se obţin astfel materiale sub formă de fire, cu o structură amorfă şi/sau nanocristalină, acoperite cu un strat izolator de sticlă.

Astfel de materiale prezintă numeroase avantaje din punct de vedere al aplicaţiilor. Printre principalele caracteristici adecvate pentru aplicații tehnologice se pot enumera dimensiunile reduse (de obicei între 5 și 30 μm, cu diametre ale miezului metalic cuprinse între 5 şi 10 μm şi grosimi ale izolaţiei de sticlă de până la 10 μm), posibilitatea de a produce aproape continuu microfire cu diametrul uniform (până la câţiva km într-o singură bobină) şi de a obţine microfire cu compoziție variată a miezului metalic şi cu caracteristici microstructurale diferite (amorfe, nanocristaline, granulare, policristaline).

În funcţie de natura miezului metalic, acestea pot fi magnetic moi, conductive, rezistive, magnetostrictive, cu magnetorezistenţă gigant sau cu magnetoimpedanţă gigant, cu efect de memoria formei etc. Prezenţa învelişului de sticlă le conferă acestora rezistenţă la coroziune, precum şi posibilitatea dezvoltării unor proprietăţi magnetice de exemplu, datorită comportării diferite la solicitări externe ale miezului magnetic şi ale invelişului de sticlă: temperatură, tensionare mecanică.

Dimensiunile extrem de reduse (grosimea de 2-3 ori mai mică decât a firului de păr) şi flexibilitatea microfirelor sunt avantajoase în vederea înglobării lor, prin mijloace diferite, în cele mai diverse matrici: celulozice, polimerice, textile. Iau naştere astfel structuri compozite cu un pronunţat caracter funcţional: elemente de securizare, materiale compozite pentru protecţie la radiaţii electromagnetice, sub formă de ecrane flexibile sau ţesături, elemente de încălzire în pardoseli etc. Masa specifică a acestor microfire este foarte redusă. De exemplu, un microfir de cupru cu diametrul miezului metalic de 5,5 μm şi diametrul exterior de 20,5 μm are o masă specifică de circa 0,0027 g/m, iar un microfir din aliaj multicomponent, bogat în cobalt, are o masă specifică de 0,0067 g/m, la un diametru al miezului metalic de 9,9 μm şi un diametru exterior de 40,4 μm.

Microfirele produse în laboratorul de Materiale Magnetice, precum şi unele aplicaţii ale acestora în materiale funcţionale fac obiectul unor brevete de invenţie înregistrate la OSIM: “Microfir metalic pentru ţesături de ecranare electromagnetică”, brevet de invenţie nr. 126211/2015, “Hârtie securizată cu detectare şi validare electronică”, brevet de invenţie nr. 126675/2015.

Tehnologie inovatoare de securizare a hârtiei, transferată în industrie
Ideea realizării acestui ultim produs a fost generată de creşterea continuă a gamei de produse falsificate. Pentru a preveni procesul de contrafacere, procesul de etichetare a produselor s-a dezvoltat de la an la an, ajungând în prezent la dispozitive şi echipamente ce includ tehnologii sofisticate. A devenit imperios necesară implementarea unor elemente de securizare, care să fie foarte dificil de contrafăcut şi foarte uşor de detectat de aparatele de control și stabilirea unor tehnologii de producţie a acestor elemente de securizare. În acest context, ideea proiectului propus de ICPE-CA, de a proiecta şi dezvolta noi elemente de securizare, pornind de la o nouă clasă de materiale avansate – cea a microfirelor izolate în sticlă - a rezonat cu nevoile mediului industrial.

Avantajele securizării cu microfire sunt: posibilitatea identificării de la distanţă, stabilitatea proprietăţilor magnetice, chiar şi la temperaturi ridicate şi medii corozive, gama largă de temperaturi la care operează, stabilitatea la ecranare (chiar şi codurile ecranate cu panouri metalice pot fi citite), stabilitatea la acţiuni mecanice şi, nu în ultimul rând, dimensiunea redusă a microfirelor şi consumurile mici.