
Un substrato in fogli compositi si riferisce a un materiale di base, tipicamente sotto forma di fogli, composto da due o più fasi fisiche o chimiche distinte combinate per creare un nuovo materiale con proprietà superiori rispetto ai suoi singoli componenti. Nei contesti industriali avanzati, ciò spesso comporta la combinazione di una matrice tenace e duttile (come un metallo o un polimero) con una fase dura e rinforzante (come particelle o fibre ceramiche) per ottenere un equilibrio tra resistenza, tenacità e altre proprietà funzionali specifiche.
Questi substrati sono progettati per fungere da piattaforma fondamentale per ulteriori elaborazioni o come componente strutturale principale in applicazioni impegnative.
Proprietà personalizzate: il vantaggio principale è la capacità di progettare un materiale con un insieme specifico di proprietà non presenti in un singolo materiale. Ciò include l'ottimizzazione per:
Elevato rapporto resistenza/peso: soprattutto nei compositi a matrice polimerica o metallica rinforzati con fibre di carbonio o ceramica.
Maggiore resistenza all'usura: ottenuta incorporando particelle dure come carburo di tungsteno o ceramica in una matrice metallica.
Conduttività termica o elettrica migliorata: incorporando fibre o particelle conduttrici.
Espansione termica controllata: fondamentale nell'elettronica per adattarsi all'espansione dei semiconduttori.
Multifunzionalità: un singolo foglio composito può essere progettato per svolgere più ruoli, come fornire supporto strutturale, resistenza all'usura e gestione termica contemporaneamente.
Anisotropia: le proprietà possono essere progettate per essere direzionali (anisotrope), ad esempio essere forti in una direzione grazie alle fibre allineate, il che è ideale per applicazioni portanti specifiche.
Il "substrato in fogli compositi" è una categoria ampia. I tipi chiave includono:
Compositi a matrice metallica (MMC): una base metallica (ad esempio alluminio, rame) rinforzata con particelle ceramiche (ad esempio carburo di silicio, carburo di boro) o fibre.
Compositi a matrice ceramica (CMC): una matrice ceramica (ad esempio, carburo di silicio) rinforzata con fibre ceramiche, che fornisce eccezionale resistenza alle alte temperature e tenacità alla frattura rispetto alla ceramica monolitica.
Compositi a matrice polimerica (PMC): una resina polimerica (ad esempio resina epossidica) rinforzata con fibre continue (ad esempio carbonio, vetro, aramide). Sono le classiche lastre “composite” utilizzate nel settore aerospaziale e degli articoli sportivi.
Compositi laminati: più strati di materiali diversi (ad esempio metalli, polimeri) sono legati insieme per creare un foglio con proprietà derivate da ciascuno strato.
I substrati compositi in fogli sono fondamentali nei settori high-tech:
Imballaggi elettronici: utilizzati come substrati per chip e circuiti semiconduttori. Gli esempi includono:
Rame legato direttamente (DBC): un foglio ceramico (come Al₂O₃ o AlN) con rame legato su entrambi i lati, utilizzato per i moduli di potenza.
PCB con nucleo metallico: una base metallica (come l'alluminio) con uno strato dielettrico e uno strato circuitale, utilizzata per l'illuminazione a LED.
Aerospaziale e difesa: come pannelli strutturali per rivestimenti di aerei, componenti satellitari e sistemi di armatura, dove la leggerezza e l'elevata resistenza sono fondamentali.
Rivestimenti resistenti all'usura: i fogli MMC contenenti carburo di tungsteno o altre fasi dure vengono utilizzati per rivestire apparecchiature nel settore minerario, agricolo e nella movimentazione dei materiali.
Gestione termica: come dissipatori di calore o diffusori nell'elettronica ad alta potenza, sfruttando compositi con elevata conduttività termica (ad esempio Al-SiC).
La tabella seguente riassume le caratteristiche principali per una rapida panoramica:
| Caratteristica | Descrizione | Vantaggio |
| Concetto fondamentale | Un foglio di base realizzato combinando due o più materiali diversi. | Consente la creazione di materiali con combinazioni di proprietà impossibili per un singolo materiale. |
| Principio chiave | Sinergia. La matrice e il rinforzo lavorano insieme per creare proprietà superiori. | Raggiunge un equilibrio ottimale, ad esempio tenacità dalla matrice e durezza dal rinforzo. |
| Rinforzi comuni | Particelle (carburo, ceramica), fibre (carbonio, vetro). | Conferisce proprietà specifiche come resistenza all'usura o elevata resistenza. |
| Matrici comuni | Metalli (Al, Cu), Polimeri (Epossidici), Ceramica (SiC). | Fornisce la fase continua, offrendo tenacità e legando il rinforzo. |
| Conducente principale | Prestazioni e funzionalità. | Consente progetti leggeri, efficienti e durevoli nell'ingegneria avanzata. |
| Industrie chiave | Elettronica, aerospaziale, automobilistico, difesa, produzione di fascia alta. | Il materiale abilitante per l’avanzamento tecnologico in questi settori. |
In sintesi, a Substrato in lamiera composita è un materiale di base altamente ingegnerizzato. Non si tratta di una semplice materia prima, ma di una sofisticata piattaforma progettata a livello atomico per fornire specifiche proprietà meccaniche, termiche ed elettriche, che la rendono indispensabile per le moderne applicazioni ad alte prestazioni.