Appunti corso: applicazioni di materiali inorganici

SINTESI DI FIBRE:

• Fibre di vetro: Sono di grande utilizzato nel campo dei materiali ceramici, si dividono in fibre lunghe e corte. Le fibre lunghe sono prodotte riscaldando una bacchetta di vetro e stirandola sino a ottenere un diametro molto fine. Esistono anche tecniche basate sul vetro fuso, che viene fatto passare attraverso sottili aperture a formare una serie di fibre che vengono stirate ed avvolte insieme. Le fibre corte sono note come lana di vetro e sono ottenute facendo interagire il vetro fuso con un getto di gas ad alta pressione e poi fatte depositare su un substrato in tessuto.

• Fibre ottiche: Il problema più grosso nella produzione di fibre ottiche (ampiamente utilizzate per comunicazioni e in medicina) è l'eliminazione di impurezze che sono la causa principale dell'assorbimento della luce e di fenomeni di diffusione (scattering). Le fibre ottiche più comuni sono fatte di SiO che viene prodotta da Si puro. Generalmente vengono

prodotte2col metodo CVD. La silice amorfa si forma all'interno di un tubo di quarzo ad elevata purezza mantenuto a T elevata. Il tubo di quarzo con depositi di SiO viene riscaldato sino a formare2delle preforme che vengono poi stirate a formare la fibra.

Le fibre ottiche prodotte in questo modo contengono pochi gruppi OH- che sono una delle maggiori cause dell'assorbimento della luce.

Colloide solido ottenuto essicando un gel a temperature non elevate, con conseguente collasso strutturale finale dovuto all'azione delle forze di capillarità (gelatina, gel di silice). Solitamente mantiene una elevata porosità e una alta superficie specifica, con pori di dimensioni molto piccole.

Materiale altamente poroso (90%) con densità estremamente bassa.

Sintesi con microonde: Onde elettromagnetiche non ionizzanti di λ compresa tra 1 mm e 1 m, situate nella zona dello spettro tra IR e onde radio. Sono largamente impiegate nel campo

Il legame inter-strato è di solito di tipo di van der Waals mentre nel secondo agiscono forze elettrostatiche. Le strutture lamellari e i loro intercalati mostrano tutto lo spettro di proprietà dei materiali solidi e possono essere isolanti, semiconduttori, metallici ma anche superconduttori ad alta temperatura (alcuni ossidi e solfuri).

MECCANISMO: Si tratta di una reazione eterogenea e la cinetica non è particolarmente veloce. Le reazioni d'intercalazione comportano la rottura di legami tra gli strati del reticolo con formazione di nuovi legami. Quindi reticoli dove gli strati sono legati più fortemente reagiscono meno. Il costo energetico della rottura dei legami inter-strato, per penetrare nelle regioni dette gaps di van der Waals, viene minimizzato dal fenomeno noto come staging. Questo si riferisce al fatto che si verificano situazioni in cui certe regioni inter-strato sono totalmente vuote mentre altre sono parzialmente o completamente occupate. Si hanno

Cioè alternanze di strati occupati e vuoti. L'ordine dello stage è dato dal numero di strati che si interpongono tra gli strati successivi parzialmente o totalmente occupati.

SINTESI: Il metodo più semplice e più usato intercalazione è la reazione diretta tra l'ospite e il reticolo. Una volta che il composto di intercalazione si è formato è possibile sostituire i gruppi intercalati mediante reazioni di scambio, che vengono condotte per immersione in una soluzione concentrata contenente un altro potenziale ospite.

Esistono anche metodi di elettrointercalazione: Il reticolo ospite serve come catodo di una cella elettrochimica.

Alcuni vantaggi dei metodi elettrolitici rispetto a tecniche più convenzionali sono la semplicità, facilità di controllo della stechiometria, velocità delle reazioni a temperatura ambiente, possibilità di condurre misure termodinamiche dettagliate.

CAPITOLO 6: MATERIALI

conducibilità termica e dilatazioni contenute

Buona resistenza chimica

Bassi costi di materie prime fabbricazione

Fragilità

Elevato modulo elastico

Densità medio-bassa

P.f molto alti

Grande stabilità chimica

Classificazione in base alla porosità:

PERMEABILI: pasta porosa, scalfibile da una punta di acciaio (laterizi, terracotte)

NON-PERMEABILI: pasta compatta, non scalfibile (Grès, porcellane)

PORCELLANA: è il materiale tradizionale più pregiato; è composta da: Caolino 50% Quarzo 25% Feldspati 25%

Tra i ceramici tradizionali sono compresi anche i refrattari: materiali capaci di resistere, per lunghi periodi, alle alte temperature, senza reagire chimicamente con gli altri materiali con cui sono in contatto. Si dividono in refrattari acidi, basici e neutri.

In generale le materie prime più comunemente usate sono: argilla, quarzo e feldspati, silice, allumina, spinelli.

Roccia di tipo

sedimentario clastico, costituita da alluminosilicati idrati con impurezze di altri ossidi

Minerali sialici, presenti nelle rocce ignee. Il feldspato di potassio ha t.f bassa e produce una fase vetrosa che lega icomponenti

Elevata t.f, conferisce refrattarietà

-Ceramici avanzati: di uso meno comune rispetto ai tradizionali, sono più costosi e vengonoprodotti tramite sinterizzazione o sintesi apposite. Vi appartengono:

• Leganti
• Abrasivi
• Vetri inorganici
• Vetroceramiche
• Bioceramiche
• Si N proprietà di interesse tecnologicoà

SiC duro, refrattario, elevata resistenza all’oxà

Vetri inorganici: Sostanze allo stato vetroso (amorfo), prodotte mediante progressivoirrigidimento di un liquido che durante il raffreddamento non si è cristallizzato. Sono costituiti daossidi (SiO )2

Vetroceramiche: Si ottengono tramite la formazione e l’accrescimento di numerosissimi cristalliall’interno del vetro, mediante un opportuno ciclo termico.

Il processo è una devetrificazione controllata con TiO come agente nucleante. Si ottiene una struttura microcristallina con cristalli densamente impaccati e collegati insieme dalla fase vetrosa in cui si sono formati. In questo modo aumentano notevolmente le proprietà meccaniche del materiale.

Le vetroceramiche dentali possiedono una maggiore resistenza meccanica, quasi nulla porosità ed una maggiore trasparenza. Queste proprietà dipendono dagli agenti di nucleazione che determinano la costruzione del reticolo cristallino.

Bioceramiche: Utilizzate in campo biologico per la realizzazione di protesi, impianti e altri dispositivi da inserire nel corpo umano. Rivestono particolare importanza nel settore odontoiatrico. Vengono utilizzate in ortopedia per la fabbricazione di protesi articolari ma trovano impiego anche nei campi dell'odontoiatria e nel settore cardiovascolare.

Alcuni esempi:

• Ossa craniche
• Ricostruzioni maxillo-facciali
• Protesi

oculari§ Ricostruzione di tendini, legamenti e piccoli vasi.§

Vantaggi: Risparmio energetico, uso di combustibili meno pregiati, elevata resistenza meccanica, resistenza all'usura, refrattarietà, inerzia chimica, elevatissima durezza.

Svantaggi: Fragilità anche ad alta T, sensibilità alle imperfezioni (bassa affidabilità x produzione in serie).

Proprietà generali dei materiali ceramici:

• Chimiche - sono molto stabili
• Elettriche - sono isolanti elettrici
• Termiche - resistono bene alle alte T, sono isolanti termici, coeff. dilatazione bassi
• Ottiche - possono essere opachi, traslucidi o trasparenti, alcuni sono colorati
• Meccaniche - sono duri e con elevata rigidità, alta resistenza alla compressione, bassa resistenza alla trazione e limitata resistenza agli urti. A T non molto alte sono fragili, possono rompersi