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

Processo di tempra del vetro

°C.degli ioni Na+ , presenti alla superficie, con K+ , che, essendo di maggiori dimensioni, inducono sforzi residui di compressione. Richiedendo temperature più basse non crea distorsioni, consentendo di temprare vetri di spessore minore e di indurre minori alterazioni della qualità ottica. È usata per nestrini di aerei, lenti oftalmiche, ecc. È un processo di scambio ionico che aumenta la resistenza del vetro. Tipiche condizioni di lavoro: bagno di nitrato di potassio fuso ad una temperatura di circa 500°C per 6-10h.

Lo ione Na si scambia con il più ingombrante ione K inducendo nei primi 10μm di spessore uno stress compressivo di 450MPa. Il vetro sottoposto al processo di tempra, ovvero trattamento termico volto a migliorarne le proprietà meccaniche di resistenza e flessione. La temperatura si aggira intorno ai 640 gradi. La superficie inferiore e superiore si indurisce velocemente, mentre il cuore rimane in trazione ridandosi più lentamente.

Serve a rendere il vetro molto più resistente ed elastico: - resistenza alla rottura 6-7 volte superiore; - resiste a temperature che si avvicinano ai 250 °C; - ha una resistenza meccanica all'urto 4 volte maggiore del vetro ricotto; - resiste a una certa pressione di piegatura. - Dopo questo procedimento il vetro non può essere lavorato ulteriormente, poiché si rischia di romperlo o spaccarlo. Vetro sodico-calcico Vetro comune o Soda-lime (sodico-calcico): 71-73% SiO2, 12-14% Na2O, 10-12% CaO - Gli ossidi diminuiscono il punto di rammollimento, da 1600°C a 730°C; - Si aggiunge MgO per prevenire la devetrificazione; - Si aggiunge Al2O3 per migliorare la durabilità. Applicazioni: finestre, contenitori, ecc. Vetro al piombo -> (comunemente e impropriamente detto cristallo) È caratterizzato da: - brillantezza, elevato indice di rifrazione per la luce - bassa temperatura di

rammollimento.

• lavorabilità alle mole (e etto Swarowski, intaglio e incisione)

A questa classe appartengono:

• Cristalli pesanti: con più di 30% di ossido di piombo.
• Mezzi cristalli: contenenti quantità minori di ossidi di piombo, insieme ad altri ossidi (es. di bario e di zinco).
• Cristalli di Boemia: vetri sodico-calcio-potassici privi di impurità e con buona brillantezza.

Vetro borosilicato

L'aggiunta di boro (15-30 mol%) riduce la viscosità del fuso, ma in maniera meno pronunciata che nei vetri sodico-calcici.

L'espansione termica è ridotta ed i vetri possiedono buona resistenza agli shock termici e agli agenti chimici.

Nel vetro Pyrex si parte da 4% Na2O, 16% B2O3 , 80% SiO2, per effetto della immiscibilità si forma una fase "matrice" ricca in silice e una fase a gocce isolate ricca in boro e sodio

Applicazioni: stoviglieria da forno, vetreria da laboratorio, bulbi per lampade, tubature, ecc.

fi fi ff ff

1. Bassi valori di elasticità con conseguente notevole fragilità.
2. Al contrario il vetro resiste senza rompersi a notevoli carichi compressivi e la resistenza di un contenitore cilindrico di vetro è inversamente proporzionale al diametro e direttamente proporzionale allo spessore delle pareti (una bottiglia pesante sopporta anche 70 bar di pressione interna).
3. Elevata trasparenza (la trasmissione della luce dipendente in modo sensibile dalla lunghezza d'onda incidente) e durezza (5-7 nella scala di Mohs).
4. Bassa conducibilità elettrica. Presenta caratteristiche di alta resistività elettrica superficiale, da 2x10^17 ohm/cm che ne fa un prodotto isolante.
5. È un buon isolante e, nel vetro in silice, la conducibilità termica è di 1,3 W/m°C.
6. Resistenza agli agenti chimici con esclusione dell'acido fluoridrico che aggredisce la silice (la corrosione in presenza di acidi è...

di 0,05 mm/anno e di 0,3 mm/anno in presenza di basi).

Durabilità chimica

La colorazione del vetro

1. Colorazione ionica
2. Colorazione per dispersione di fasi colloidali

La presenza di fasi metalliche finemente disperse nella matrice vetrosa può essere sfruttata per ottenere colorazioni particolari:

1. Colorazione per dispersione di fasi micrometriche

Questo tipo di colorazione è in pratica un’opacizzazione per dispersione nel vetro di particelle colorate chiamate pigmenti, non solubili nemmeno a temperatura elevata.

Pigmento: particolato solido organico o inorganico, nero, bianco, colorato o fluorescente, insolubile nel substrato nel quale viene incorporato e che non risulta chimicamente e sicuramente modificato da esso.

Pigmenti: sostanze poco solubili o del tutto insolubili che si distinguono dalle sostanze comunemente definite coloranti in quanto colorano per “dispersione”, cioè disperdendosi meccanicamente nel mezzo da colorare, senza dissolversi.

chimicamente ad esso.Il vetro in ediliziaIl Vetro è indubbiamente uno dei materiali privilegiati dai grandi studi di progettisti;Norma italiana UNI 7697: criteri di sicurezza nelle applicazioni vetrarie.• Fornisce i criteri di scelta dei vetri da usarsi, sia in esterni che in interni, in modo che siaassicurata la rispondenza fra prestazioni dei vetri e requisiti necessari per garantire la sicurezzaall'utenza;• Deve essere considerata uno strumento di lavoro quotidiano da tutti gli operatori del settore(progettisti, imprese di costruzione, serramentisti, vetrai e rivenditori.fi fi fi fi fl fiIl vetro stratificato di sicurezzaComposto da due o più strati di vetro uniti insieme con uno o più intercalariplastici (generalmente PVB - polivinilbutirrale).In caso di rottura, l'intercalare serve a trattenere i frammenti di vetro, limita ledimensioni dell'apertura, o re resistenza residua e riduce il rischio di ferite dataglio e perforazione.IlIl numero di lastre di vetro e di intercalari determina il livello di sicurezza in termini di protezione delle persone o dei beni!!! Vetri per il controllo energetico dell'edificio Sistemi passivi: - Pellicole - Applicazioni CVD Sistemi attivi oscurabili: SMART - Otocromici: effetto luce; - Termocromici: effetto temperatura; - Elettrocromici: effetto tensione elettrica. Fine vita? Il riciclo Un impiego dell'80% di frammenti Riciclaggio vetro -> miscela di ossidi, che porta a vetrosi nella miscela vetri cabile portacosti elevati sia dal punto di vista ambientale che energetica del 25%a un'economia (ilenergetico. rottame di vetro fonde a T più bassa Grande impatto ambientale delle cave. rispetto alle materie prime), e ad una Riciclaggio al 100%-> può essere riciclato diminuzione delleconseguenteall'in nito. Ad ogni riciclo il vetro non si degrada come i polimeri, emissioni di CO del 40% rispetto al2quindi dal

punto di vista ambientale ed economico solo utilizzo di materie prime vergini.conviene.

COREVE: Il Consorzio Recupero Vetro è costituito il 23 ottobre 1997 (in ottemperanza agli articoli 38 e 40 del Decreto Legislativo 22/97), da parte dei principali gruppi vetrari italiani e il suo statuto definitivo è stato approvato dal Ministero dell'Ambiente e dal Ministero dell'Industria, Commercio e Artigianato, con D.M. 15/07/98.

Aziende consorziate: 94 (delle quali 36 fabbricano imballaggi in vetro e 58 importano contenitori in vetro vuoti).

CO.RE.VE. non ha fini di lucro e si è costituito allo scopo di raggiungere gli obiettivi di riciclaggio e recupero dei riuti di imballaggio in vetro prodotti sul territorio nazionale.

raccolta multimateriale, La (raccolta nella stessa campana di materiali diversi: ceramica, metalli, altri riuti), una giusta raccolta ed un efficace riutilizzo del materiale

IL CICLO DI RACCOLTA: centri di selezione e1. Il vetro delle campane

della raccolta di vetro viene inviato a stoccaggio; separati e frantumati. 2. I vari tipi di vetro vengono selezionati e, attraverso apposite elettrocalamite, vengono eliminati gli anelli di metallo delle chiusure. 3. Per successiva aspirazione vengono rimossi i residui di plastica e carta. 4. Si passa ad una fase di lavaggio, dopo la quale il vetro viene inviato alle vetrerie per la fusione. Non tutti i vetri si possono riciclare: vengono identificati con un simbolo —> Oggi un contenitore su due viene fabbricato utilizzando rottame di vetro proveniente dalla raccolta di vetro differenziata nazionale. Per i contenitori di colore verde, anche l'80% della miscela vetriabile è sostituita dal rottame di vetro. Il ruolo di materia prima principale per la fabbricazione di nuovo vetro rende necessario che la purezza del rottame immesso nei forni sia assoluta. La fase di pulizia si sta arricchendo con l'introduzione di nuove sofisticate tecnologie (macchine ottiche per eliminare i corpi opachi,

Ceramici avanzati

Composto inorganico non metallico. Materiali molto sviluppati negli ultimi anni dal punto di vista ingegneristico. Vi è richiesto l'utilizzo di materiali tecnologicamente avanzati.

1: Composizione

"Materiale inorganico, non metallico principalmente cristallino di composizione rigorosamente controllata, prodotto secondo dettagliate regole da materie prime purificate e/o caratterizzate in modo estremamente accurato, che presentano specifiche caratteristiche".

2: Caratteristiche

La caratteristica fondamentale è la durezza, unita a particolari proprietà termiche e ad una leggerezza singolare. Unico difetto -> fragilità.

Le prestazioni dei materiali ceramici dipendono:

1. dalla purezza della materia prima;
2. dall'accuratezza del processo produttivo.

Nel corso degli anni, grazie al controllo dell'intero processo produttivo sempre

più accurato, si èottenuto un crescente miglioramento della microstruttura e, conseguentemente, delle prestazionicui ha corrisposto una continua espansione degli impieghi.

3: Ambiti di utilizzofi fiTradizionali e avanzati: quali le di erenze?

CICLO DI PRODUZIONE

1. Preparazione delle polveri
Occorrono polveri di elevata purezza e digranulometria uniforme, prive di agglomerati. Possono essere ottenute in vari modi (per reazioneallo stato solido, per decomposizione termica, in fasevapore, in soluzione).

2. Formatura
La tecnologia di formatura è scelta in base al tipo di materiale, alla forma desiderata, alla microstruttura, al numero di pezzi. Le polveri non presentano plasticità —>