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 Proprietà 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 Proprietà 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 ............................................................................................