Scienza dei Materiali: Appunti

Intro

Classificazione dei materiali in base ai legami atomici:

• 1) Metalli
• 2) Ceramici
• 3) Polimeri
• 4) Composti
• 5) Semiconduttori

Legame Ionico

Legame attrazionale elettrostatico che si formano tra atomi con alta ΔE (elettroneg.) che comporta l'acquisto/cessione di elettroni

FT = FA + FR

FA = -z1z2 e² / 4πε₀a²

FR = -nb / a^m

Legame Covalente

Legame che si forma tra a. con bassa ΔE, con condivisione di 2 elettroni.

Legami Deboli (Van der Waals)

Legami ad H

Sono legami intermolecolari di tipo deboleto elettrostatico e cui sono soggette unicamente le molecole con legami covalenti all'interno

(c): H₂O, polimeri...

L'facilmente separabili => T°solido, fusione basso

Legame Metallico

Legame delocalizzato che consiste in un'attrazione elettrostatica che si instaura tra gl' elettroni di valenza e ioni + metallici.

Solidi Cristallini

Le forme una struttura ordinata e ripetitiva nello spazio in cui si susseguono unità elementari chiamate celle (Reticolo di Bravais). Sono state individuate 14 celle.

Numero di coordinazione: N° di particelle (ioni o atomi) più prossime ed equivalenti ad una particella di riferimento.

NB: il N° di atomi che costituisce la cella viene diviso per gli atomi che condivide con altre celle:

• Cella cubica: ₈/₁ = ⁸
• Cella cubica a facce centrate (CFC): ₈/₈ + ₆/₁/2 = ⁴

In effetti i 6 atomi al centro di ogni faccia sono condivisi da sole 2 celle.

Fattore d'impacchettamento atomico (APF) e calcolo volumi: frazione volumetrica delle celle occupata dagli atomi.

APF = ^V_A/_VC con V_A = volume occupato da atomi V_C = volume cella

Per calcolare questi valori bisogna fare riferimento al raggio atomico r

• (a) Cella con atomi uguali: C, Cubica a facce centrate (CFC): 2a = 4R V_C = a³ = (^4R/_√2)³ = ^22,62R3
• ⇒ APF = ^V_A/_VC = 0,74
• (b) Disposizione cubica a corpo centrato (CCC) APF = ^V_A/_VC = 0,68

2. DIFETTI LINEARI o DISLOCAZIONI (1D)

Le riguardano in un'unica direzione:

2a) Dislocazione a spigolo

Interposizione di un mezzo piano aggiunto di atomi.

La T divide il reticolo in 2 parti: la pila sopra in trazione, e l'altra in compressione.

2b) Dislocazione a vite

Formazione di un reticolo cristallino con forma di una rampa a spirale.

3. DIFETTI PLANARI (2D)

Interfaccia tra 2 fasi (-> stato tensionato)

Le riguardano le superfici: dove c'è più scambio di energia rispetto al reticolo interno. La energia è: γ dA

Bagnabilità:

Tendenza di un liquido a disporsi su una superficie.

Se θ = 30° si dice che il solido è bagnante.

Per calcolare θ si deve utilizzare l'equazione di Young:

γ_SC cos θ = γ_SG - γ_SL

Con γ = tensione superficiale.

• S = solido
• L = liquido
• C = gas

Bordi di grano:

Superficie con discontinuità nel reticolo.

4. IMPERFEZIONI TRIDIMENS. (3D)

Le riguardano i soliti non cristallini: A differenza dei cristalli, gli amorfi non hanno una T di fusione ma una T di transiz. vetrosa (T_G).

Viscosità: η = F/A (v₀)

La dipende da T: η = N · 1^E/R_T

Porosità: cavità esterne o interne.

Un esempio di diffusione è la conversione (ossidazione) del Fe. Questo è favorito da alcuni dei gas possedendoli.

Invece che rinpicciolire i grani riducendone le prop. meccaniche, si ricopre il Fe di stato barriera.

Se la concentrazione della specie diffusente varia solo nella direzione x e non varia nel tempo:

Δc/Δx = c_w - c_c/x_w - x_o

STATO STAZIONARIO

• membro di purificazione dei gas
• l'equilibrio dinamico

Proprietà fisiche dei materiali

Durezza

• Def. teorica: resistenza che la superficie di un materiale oppone alle escalfitture, all’erosione o dep. plastica e elastica x compressione

• Def. operativa: dipendente dal metodo di misura usato
  • Indentazione = resistenza di un materiale alla penetrazione da parte di un indentatore che applica un carico sulla superficie

Penetratori: metallo molto + duro del materiale da testare es. acciaio indurito o WC inturizzato o diamante, a forme di cono, sfere o piramide.

Tipi di misure

Misura Brinell (HB)

• Carico costante da 500 a 3000 Kg
• Sfera di acciaio o WC
• t = 10 - 30 s
• si misura il Diametro Medio e poi:

_{HB =} ^F / _{D/2 (D - √(D² - d²)} [Kg/mm²]

La durezza del metallo dipende dalla facilità con cui esso si deforma plasticamente.

Si possono determinare correlazioni tra durezza e resistenza meccanica.

è più semplice della prova di trazione!

_{σy =} ¹ / _{3 Ap} con F: carico A_p: area di indentazione

Sinterizzazione

trattamento termico di un compatto di polveri al di sotto del Tf (T > 0,5 Tf) del componente principale

formazione di forti legami tra particelle adiacenti e diminuzione porosità

3 Stadi:

• Formazione colli
• Accrescimento colli e formazione porosità chiusa
• Formazione porosità chiusa e sua eliminaz.

Termodinamica del processo

Assunzione dell'energia libera:

Può essere aumentata dalla pressione:

L v. hot pressing e press. isostatica

Smalti e smaltatura

I sono rivestimenti di natura vetrosa applicati sulla superficie di pezzi allo scopo di renderla:

• Impermeabile
• Dura e resistente
• Esteticamente più pregiata

Composizione smalto:

• Fritta
• Fluidificanti
• Coloranti

V. applicazioni ceramici avanzate

42) MATERIALE LEGANTE

1) Calce (o grassello di calce):

• Calce mista: contiene anche H2O H2O + sabbia = pasta H2O + sabbia + additivi
• Calce aerea in polvere pasta con pozzolana

2) Cemento:

• Composto da polveri pesanti
• Possono dare reazioni con i componenti

3) Malte:

• Calce + sabbia + acqua
• Pasta con sola acqua

Classificazione

1. Hydraulics
2. Cemento

Complesse e partecipano al processo, non solo a riempire

- Calibrato per verifiche sotto il livello del galleggiamento (es. Case ponti o pilastri)

Polimeri

Le sostanze costituite da grosse molecole ottenute dall’unione in catena di molte piccole molecole.

Z di polim ant/n: → vulcanizzazione gomma naturale (Goodyear, 1833)

Pro

• ottima processabilità
• resistenza agli agenti chimici e corrosione
• isolante
• leggero
• vera gamma colori/trasparente
• competitivo $

Contro

• instabilità dimensioni
• intensibile in piccolo ΔT°
• fragile
• infiamabilità
• non deperibilità

_{→ Desire del petrolio in genere (solo 4% dell'utenza)}

Per definire i non polimeri: non basta conoscere la formula

1. Costituzione: natura e quantità di atomi che la compongono
2. Configurazione: disposiz. nello spazio delle catene rispetto alle legami chimici
3. Configurazione: arrangiamento della catena tra cui si possono passare per rottura e ristabilire di 1 o più legami chimici

Le catene possono essere composte di monomeri uguali o diversi (copolimeri) disposti convenzivole sulla catena (statistici) o in successione ordinata (a blocchi).

Le catene inoltre si possono disporre diversamente a loro volta:

• Lineare: → Solubile in solventi e nonccesso attraverso un ampio range di temperature
• Ramificata
• Reticolata: insolubili e infusibili

P. _{termoilindustrial}: unico, come vulcalana e infusibibile insolubile