Appunti Tecnologia dei materiali e chimica applicata

Tecnologia dei materiali e

chimica applicata

Dispense e lezioni prof. R. Volpe

1-2 1-3

Sommario

1 Atomo ......................................................................................................................................................................... 1-9

1.1 Struttura atomica ................................................................................................................................................... 1-9

1.2 I modelli atomici e la doppia natura dell'elettrone .............................................................................................. 1-9

1.3 Gli spettri di emissione ....................................................................................................................................... 1-10

1.4 Louis-Victor Pierre Raymond de Broglie .......................................................................................................... 1-11

1.5 Heisenberg: il principio di indeterminazione .................................................................................................... 1-12

1.6 Schrodinger: l'equazione d'onda......................................................................................................................... 1-12

1.6.1 Equazione di Schrodinger per l'atomo di idrogeno................................................................................. 1-13

1.7 Regole di riempimento ....................................................................................................................................... 1-13

1.8 Il legame chimico ................................................................................................................................................ 1-15

1.9 Forze ed energie di legame ................................................................................................................................. 1-16

1.10 Legame covalente .......................................................................................................................................... 1-17

1.11 Legame ionico ................................................................................................................................................ 1-19

1.12 Legame metallico ........................................................................................................................................... 1-21

1.13 Legami secondari ........................................................................................................................................... 1-22

1.13.1 Il legame a idrogeno ................................................................................................................................. 1-23

1.14 Struttura e geometria dei materiali ................................................................................................................ 1-23

1.15 I solidi amorfi e cristallini ............................................................................................................................. 1-24

1.16 Struttura dei cristalli ...................................................................................................................................... 1-25

1.16.1 I 14 reticoli di Bravais .............................................................................................................................. 1-26

1.16.2 Simmetria cristallina ................................................................................................................................. 1-28

1.16.3 Indici di Miller delle direzioni ................................................................................................................. 1-29

1.16.4 Numero di coordinazione ......................................................................................................................... 1-33

1.17 Cristalli ionici ................................................................................................................................................. 1-34

1.18 Cristalli covalenti ........................................................................................................................................... 1-35

1.19 Solidi amorfi ................................................................................................................................................... 1-36

2 Difetti nelle strutture ................................................................................................................................................ 2-37

2.1 Difetti di punto .................................................................................................................................................... 2-37

2.2 Difetti di linea ...................................................................................................................................................... 2-41

2.3 Difetti di superficie ............................................................................................................................................. 2-48

2.4 Difetti di volume ................................................................................................................................................. 2-50

3 Risposta di un materiale alle sollecitazioni ............................................................................................................ 3-53

1-4 3.1 Proprietà meccaniche dei materiali .................................................................................................................... 3-53

3.2 Deformazione elastica ......................................................................................................................................... 3-55

3.3 Deformazione plastica ......................................................................................................................................... 3-57

3.4 Prove meccaniche ................................................................................................................................................ 3-61

3.4.1 La prova di trazione (Tensile Test) – Norma UNI 10002....................................................................... 3-61

3.4.2 Prova di compressione .............................................................................................................................. 3-68

3.4.3 Prova di durezza ........................................................................................................................................ 3-69

3.4.4 La prova di resilienza ............................................................................................................................... 3-73

3.4.5 Tenacità a frattura ...................................................................................................................................... 3-75

3.4.6 La prova di resistenza alla fatica ............................................................................................................. 3-78

3.4.7 Prova di scorrimento viscoso (creep) ...................................................................................................... 3-83

4 Classificazione dei Materiali.................................................................................................................................... 4-85

4.1 Relazioni tra struttura, proprietà e processo di lavorazione .............................................................................. 4-87

5 Materiali polimerici .................................................................................................................................................. 5-89

5.1 Processi di polimerizzazione .............................................................................................................................. 5-89

5.1.1 Polimerizzazione per addizione. ............................................................................................................... 5-89

5.1.2 Polimerizzazione per policondensazione ................................................................................................. 5-94

5.1.3 Polimerizzazione per poliaddizione (o condensante ) ............................................................................. 5-95

5.2 Processi di polimerizzazione .............................................................................................................................. 5-95

5.3 Propietà generali dei polimeri ............................................................................................................................. 5-96

5.4 Tecnologie di lavorazione dei materiali termoplastici ...................................................................................... 5-98

5.4.1 Stampaggio per iniezione. ...................................................................................................................... 5-98

5.4.2 Termoformatura. ........................................................................................................................................ 5-98

5.4.3 Estrusione................................................................................................................................................... 5-99

5.4.4 Estrusione con soffiatura. ......................................................................................................................... 5-99

5.4.5 Calandratura. ............................................................................................................................................5-100

5.5 Tecnologie di lavorazione dei materiali termoindurenti .................................................................................5-100

5.5.1 Stampaggio per iniezione........................................................................................................................5-100

5.5.2 Compressione. .........................................................................................................................................5-100

5.5.3 Poltrusione. ..............................................................................................................................................5-101

5.5.4 Stampaggio rotazionale. ..........................................................................................................................5-101

5.6 Materiali polimerici espansi ..............................................................................................................................5-101

5.7 Progettazione di componenti in materiale polimerico ....................................................................................5-101

5.8 Classificazione dei materiali polimerici ...........................................................................................................5-105 1-5

5.8.1 Termoplastici........................................................................................................................................... 5-105

5.8.2 Termoindurenti........................................................................................................................................ 5-112

5.8.3 Elastomeri. ............................................................................................................................................... 5-115

6 Materiali ceramici .................................................................................................................................................. 6-119

6.1.1 Cenni sulle proprietà dei materiali ceramici ......................................................................................... 6-120

6.1.2 Legami chimici ....................................................................................................................................... 6-121

6.1.3 Struttura cristallina .................................................................................................................................. 6-122

6.2 Proprietà meccaniche ........................................................................................................................................ 6-124

6.3 Produzione dei materiali ceramici.................................................................................................................... 6-128

6.3.1 Ciclo di produzione ................................................................................................................................. 6-129

6.3.2 Ceramici avanzati.................................................................................................................................... 6-133

6.3.3 Ceramici tradizionali .............................................................................................................................. 6-133

6.4 Vetro .................................................................................................................................................................. 6-134

6.4.1 Struttura vetrosa. ..................................................................................................................................... 6-135

6.4.2 Produzione. .............................................................................................................................................. 6-139

6.4.3 Proprietà chimiche e fisiche. .................................................................................................................. 6-140

6.5 Proprietà meccaniche. ....................................................................................................................................... 6-142

7 Materiali metallici .................................................................................................................................................. 7-145

7.1 Propietà dei metalli: .......................................................................................................................................... 7-145

7.2 Caratteristiche fisiche: ...................................................................................................................................... 7-145

7.3 Diagrammi di fase ............................................................................................................................................. 7-146

7.3.1 Solubilità e Soluzioni.............................................................................................................................. 7-147

7.3.2 Due componenti - Miscibilità completa allo stato liquido e allo stato solido ..................................... 7-149

7.3.3 Due componenti -Miscibilità completa allo stato liquido e nulla o parziale allo stato solido ........... 7-151

7.3.4 Miscibilità completa allo stato liquido e nulla allo stato solido (diagrammi eutettici) ...................... 7-152

7.3.5 Miscibilità completa allo stato liquido. Miscibilità parziale allo stato solido. ................................... 7-153

7.3.6 Due componenti – Formazione di un composto a fusione congruente e a fusione incongruente.

Diagramma peritettico. ........................................................................................................................................... 7-159

7.3.7 Diagramma eutettico ed eutettoide ........................................................................................................ 7-161

7.4 Diagramma ferro-carbonio ............................................................................................................................... 7-162

7.4.1 Classificazione leghe ferrose .................................................................................................................. 7-166

8 Lavorazione dei Materiali Metallici ...................................................................................................................... 8-175

1-6 8.1.1 Lavorazioni di Fonderia ..........................................................................................................................8-175

8.1.2 Lavorazioni a freddo - Laminazione ......................................................................................................8-176

8.1.3 Lavorazioni a freddo - Microstruttura ....................................................................................................8-177

8.1.4 Lavorazioni per Deformazione Plastica - Lavorazioni a caldo ............................................................8-179

8.2 Trattamenti termici ............................................................................................................................................8-180

9 I leganti .................................................................................................................................................................... 9-199

9.1 Il gesso ...............................................................................................................................................................9-199

9.1.1 Materie prime ..........................................................................................................................................9-199

9.1.2 Le varie forme di gesso ...........................................................................................................................9-200

9.1.3 Preparazione del semiidrato beta ............................................................................................................9-204

9.1.4 Considerazioni e annotazioni sui processi di fabbricazione industriale del gesso cotto ....................9-205

9.1.5 Presa del gesso .........................................................................................................................................9-207

9.1.6 Agenti che influiscono sul tempo di presa del gesso cotto ...................................................................9-213

9.1.7 Come agiscono gli agenti ritardanti e acceleranti .................................................................................9-213

9.1.8 Agenti modificanti l'indurimento ...........................................................................................................9-215

9.1.9 Impermeabilizzazione del gesso .............................................................................................................9-216

9.1.10 Additivi speciali per il gesso ..................................................................................................................9-217

9.1.11 Il gesso come additivo del cemento .......................................................................................................9-219

9.1.12 L’intonaco ................................................................................................................................................9-219

9.1.13 Altri impieghi del gesso ..........................................................................................................................9-220

9.2 Cemento magnesiaco o Sorel ............................................................................................