Riassunto esame Scienza e tecnologia dei materiali, Prof. Borgioli Francesca, libro consigliato Materiali per il design, Barbara del Curto

Materiali metallici

Caratteristiche generali

Gli elementi chimici metallici presentano le seguenti caratteristiche:

• Aspetto lucente
• Buoni conduttori di elettricità
• Buoni conduttori di calore

Si tratta di un legame metallico, che conferisce alla struttura del materiale caratteristiche di malleabilità e duttilità.

Malleabilità e materiali storici

Malleabilità — capacità di essere trasformato in lamine. Oro e argento — materiali più noti sin dall’antichità. Erano materiali metallici facilmente reperibili e lavorabili. L’oro è il più facile — pepite e frammenti nei corsi d’acqua.

Sono facili da lavorare:

• Per deformazione plastica (martellando a caldo)
• Con tecniche di fonderia (per colata in stampi)

Struttura dei solidi metallici

Come si dispongono nelle 3D? La maggior parte degli elementi metallici (circa il 90%) cristallizza durante la solidificazione secondo tre sole strutture cristalline:

• Cubica a corpo centrato (CCC)
• Cubica a facce centrate (CFC)
• Esagonale compatta (EC)

Vi sono materiali monocristallini e policristallini. Generalmente nei metalli che usiamo tutti i giorni si parla di materiali policristallini. I bordi di grano sono difetti di superficie di materiali policristallini che separano i grani di diverso orientamento:

• Il bordo di grano influenza le proprietà meccaniche del materiale
• Minore è la dimensione di grano, maggiori sono i bordi di grano
• Maggiori bordi di grano significa maggiore resistenza allo scorrimento (la deformazione plastica è dovuta allo scorrimento)
• Più grani significa proprietà meccaniche più uniformi

Nel campo dell’elettronica si usano materiali monocristalli, per evitare che vi siano difetti di superficie.

Difetti puntuali

• Vacanza: Nelle strutture metalliche è costituita da un sito atomico dal quale l’atomo è assente
• Presenza di un atomo estraneo: soluzioni solide interstiziali solido che consiste di due o più elementi atomicamente diversi (nel caso dei metalli anche definita LEGA) — occupano posizioni al di fuori del reticolo
• Presenza di un atomo estraneo: soluzioni solide sostituzionali solido che consiste di due o più elementi atomicamente diversi (nel caso dei metalli anche definita LEGA)

Soluzioni solide

Soluzioni solide interstiziali: Solo elementi non metallici come il carbonio danno luogo a soluzioni sostituzionali (acciai, ghise) — gli atomi più piccoli vanno ad occupare gli spazi vuoti nel reticolo.

Soluzioni solide sostituzionali: Tra coppie di metalli molto simili (rame-nickel, oro-argento) — atomi di natura diversa vanno ad occupare soluzioni reticolare, prendendo il posto del solvente.

Dislocazioni a spigolo e deformazione plastica

Dislocazioni: Difetti formati da successioni di atomi in posizioni che non coincidono con le posizioni reticolari — dislocazione plastica: lo sforzo necessario per deformare il cristallo in presenza di una linea di dislocazione risulta molto minore di quello teorico ed è confrontabile con quello trovato sperimentalmente. La deformazione plastica avviene per movimento progressivo della dislocazione dentro il cristallo.

Moto delle dislocazioni

Deformazione plastica per moto delle dislocazioni: All’aumentare della densità delle dislocazioni aumentano le loro interazioni. In conseguenza di tali interazioni le dislocazioni possono bloccarsi.