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Negli ultimi anni, grande importanza è stata dedicata a diversi sistemi vetrosi contenenti terre rare e metalli di transizione, grazie alle loro peculiari proprietà magnetiche, luminescenti, ed elettrochimiche. Inoltre, anche le proprietà meccaniche del vetro possono essere modificate mediante l'introduzione di terre rare nella struttura vetrosa, determinando, in casi specifici, la formazione di una struttura di vetroceramica. I principali campi di applicazione di questi sistemi sono l'elettronica di consumo, le comunicazioni, l’energia pulita, i sistemi di trasporto avanzati, l’assistenza sanitaria, la gestione ambientale e la fisica delle alte energie.
In questo studio sono stati analizzati tre diversi sistemi col fine di studiare l'effetto principale di terre rare e metalli di transizione all’interno di materiali vetrosi, vetroceramici e ceramici. Nella prima parte di questo studio vetri idonei per essere impiegati nella fisica sperimentale delle alte energie sono stati sviluppati e studiati. In questo campo di applicazione i principali requisiti dei materiali sono alta densità, basso indice di rifrazione, alta intensità di emissione ed elevata durata decadimento. A tal fine, le proprietà ottiche e fisiche di vetri borati contenenti metalli pesanti e Dy3+, Er3+, Nd3+, Ce4+ sono state misurate e discusse. I principali risultati di questo studio suggeriscono che tra le terre rare studiate Ce4+ ha la maggiore tendenza alla cristallizzazione, mentre d'altra parte le proprietà ottiche sono state migliorate mediante l'introduzione di Dy3+ e Er3+ . Questa parte del lavoro è stata sviluppata in collaborazione con il Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois (U.S.A.) e con Coe College, Cedar Rapids, Iowa (U.S.A). Nella seconda parte di questo studio un’approfondita indagine sulla correlazione tra microstruttura e proprietà meccaniche è stata eseguita su materiali vetroceramici silicatici appartenenti al sistema litio-alluminio, contenenti ossido di cerio, prima e dopo l’applicazione di uno smalto. In particolare è stato impiegato uno smalto contenente ossido di cerio nella propria formulazione per impartire al materiale una colorazione leggermente gialla, per somiglianza ai denti naturali. Il ciclo termico di ottenimento del materiale vetroceramico e l’applicazione dello smalto sono stati studiati per verificare quali siano i parametri che maggiormente influenzano le caratteristiche della microstruttura del vetroceramico, influenzata anche dalla cristallizzazione del cerio. I principali risultati di questo studio suggeriscono che la presenza di cerio all'interno dello smalto causa la presenza di fasi cristalline indesiderate all'interfaccia smalto / vetroceramico che può originare rottura. Questa parte è stata sviluppata in collaborazione con l'Institut Straumann A.G., Basilea Città, Svizzera. Infine, nella terza parte di questo studio è stato studiato il riciclaggio di polvere di Zirconia stabilizzata con Yttria come scarto proveniente dal settore della produzione di rivestimenti per barriere termiche. In questa parte finale, un metodo a basso costo è stato sviluppato per riciclare polvere di Zirconia stabilizzata con Yttria nella produzione di piastrelle ceramiche. Questa parte è stata sviluppata nell'ambito del progetto LIFE12 ENV / IT / 678, in collaborazione con Ceramica Fondovalle S.p.A. e Turbocoating S.p.a.

Recently, great importance has been devoted to different glass systems doped with rare earth and transition metal ions because of their unique magnetic, luminescent, and electrochemical properties. Moreover also the mechanical properties of the glass can be modified by the introduction of rare earth into the glass network, leading, in specific cases, to the formation of a glass-ceramic structure. The main fields of application of these systems are consumer electronics, communications, clean energy, advanced transportation, health care, environmental mitigation and high energy physics. In this study three different systems have been investigated, in order to study the main effect of rare earth and transition metal ions into glass, glass-ceramic and ceramic systems, separately. In the first part glasses suitable for experimental high-energy physics has been studied and developed. In this field of interest materials with high density, low refractive index, high emission intensity and high lifetime decay are required. For this purpose the optical and physical properties of Dy3+, Er3+, Nd3+, Ce4+ doped heavy metal borate glasses have been measured and discussed. The main findings of this study suggest that cerium has the higher tendency to crystallisation if compared with the other rare earths , on the other hand the optical properties were enhanced through the introduction of Dy3+ and Er3+. This part has been developed in collaboration with Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois (U.S.A.) and with Coe College, Cedar Rapids, Iowa (U.S.A). In the second part a deep investigation of the correlation between microstructure and mechanical properties was performed on lithium-aluminium silicate glass-ceramic materials containing cerium oxide, suitable for dental restoration, before and after the application of a glaze. In particular the glaze formulation contains cerium oxide in order to enhance a particular yellowish coloration to the material. In this part of the study both glaze formulation and crystallisation heating cycle were investigated in order to control the parameter that may influence the cerium crystallisation. The main results of this study suggest that the presence of cerium inside the glaze led to the presence of undesiderd crystalline phases at the glaze/glass-ceramic interface that may cause mechanical failure. This part has been developed in collaboration with Institut Straumann A.G. , Basel-Stadt, Switzerland. Finally, in the third part of this study the recycling of Yittria stabilized zirconia powder has been investigated after the use in the field of thermal barrier coating production. In this final part a low cost method has been developed to recycle Yttria stabilized Zirconia waste powders into the ceramic tile production. This part has been developed under the project LIFE12 ENV/IT/678 in collaboration with Ceramica Fondovalle S.p.A. and Turbocoating S.p.A.