Scienza dei materiali parte I di V - Struttura cristallina

materiali

scienzadei

Studia le tra

relazioni struttura proprietà

e

modo il materiale

cui

in alle

all ambiente

risponde e

Sollecitazioni esterne

PROPRIETÀ frattura

deformazione elastica

meccaniche durerea

plastica

reversibile della

non parte

plasticità

termiche trasmissione dilatazione

del calore capacità

e

termica ai conducibilità

elettrichelmagnetiche campi

risposta

a suscettibilità magnetica

ottiche della

assorbimento riflessione luce

trasmissione e

stabilità

chimiche reattività alla

resistenza corrosione

STRUTTURA dei interni

Disposizione componenti

subatomica atomi

all'interno

elettroni degli

E atomica atomi formano

che molecole cristalli

o

e struttura e 100

particelle

nano nm

osservabili

microstruttura con

E microscopio

il

alcuni

100 hm mm

ad

macrostruttura nudo

visibili

i mm

occhio m

INGEGNERIA DEI MATERIALI

di materiale struttura

della struttura in alle

un base proprietà

progettazione

Tecnologia DEI MATERIALI

materiali

Riguarda dei

gli aspetti applicativi

dei

studio produttivi trasformazione

di

dell'applicazione e

processi

classificazione dei materiali

Classificazione secondo

applicazioni

proprietà

di chimico

legame

tipo

microstruttura

cristallina ordinata

amorfa disordinata

CLASSIFICAZIONE PER APPLICAZIONI

usati

Strutturali sostenere carico

un

per

Funzionali sono adatti

specifici quindi

più e a

funzioni

specifiche

elettronica

meccanica

energia

biomedicina

edilizia

qlimentare

CLASSIFICAZIONE PER PROPRIETÀ

Metalli

ceramici

i Vetri

Polimeri metallici

Materiali te Al Ni

cu

materiali metallici Ti

da es

più

Composti uno o elementi

di N 0

eventuale

con alcuni metallici es C

non

aggiunta

Due classi ferrose

Metalli ferro

elevata di

quantità

e leghe acciai ghisa

e

ferrose

Metalli ferro

di nulle

leghe quantità

i e o

non poche base titanio

a

superleghe o

cobalto

e

cromo

Proprietà

struttura di

cristallina ordinata norma spesso policristallina

cm3

2.7 8

densità eccezione pt

9 21.5

luce

alla

opacità trasparenza

non la luce

lucentezza riflettono ben

è

la superficie levigata

se

elevata resistenza meccanica

elevata rigidezza

duttilità di

si prima rompersi

piegano

lavorabilità

facile elettrica

ed

conducibilità termica termico

resistenza allo sbalzo

Materiali ceramici

Materiali metalli

metalli

inorganici non

Ala03

Ossidi allumina

carburi

i sic

nitruri si Nn diamante

elementipuri il

Possono essere anche carbonio

come

Possono essere

cristallini ceramici

vetri

amorfi vetroceramici

cristallini

parzialmente

Proprietà

generali cm3

densità 5 9

3 hanno

fragilità plastico

non comportamento ma non

facilmente

vuol che

dire si rompono

rigide schianto

di

era rottura

durezza

conducibilità termica elettrica

ed

scarsa alle

i altre temperature

resistenza

iretrattarietà

chimica

inerzia

dei vetri

Proprietà 02Naro

raffreddamento di si

ossidi

fusione

preparati e

per

i spesso

Cao 203

Al Kao

amorfi 9 cm3

densità circa 2.5

di

fragilità

rigidezza

durata caldo

lavorabilisolo viscosità

a diminuisce

i intervallo

intern

in un

elettrica

ed

termica

conducibilità

scarsa alla difusione

T

inerti

chimicamente

Materiali polimerici

Sono materiali organici

da reticoli

Costituiti catene di cioè

macromolecole organiche

o

contenenti carbonio cristallini

Sono non

generalmente

Proprieta alte

non sopportano temperature isolanti

termicamente ed elettricamente

resistenza meccanica

poca

deformabili partealcuni

la sono

plasticamente termoinde

maggior

alcuni elastiche reati

hanno proprietà gomme

cm3

densità a bassa

19

CLASSIFICAZIONE PER TIPO DI LEGAME CHIMICO

Solidi metallici metallico direzionale

legame non

solidi anioni

cationi

attrazione

ionici elettrostatica tra e non

direzionale

solidi direzionale

legamecovalente

covalenti direzionale

solidi intermolecolaredebole

molecolari legame

Solido metallico

1 Gli associati

di sono

elettroni valenza non

ÉIIà è

Gli attratti da nucleo

specifico

uno

non sono

da

f tutti indistintamente

ma

Gli liberi

elettroni sono

Proprietà del di

direzionalità

dalla dall'esistenza

non e

Dipendono legame

delocalizzati

elettroni densità atomico

grazie al

alta massimo impacchettamento

atomi

al atomico degli

e peso

forza dalla

variabile

di

La è

legame e dipende

configur zione

elettronica elettroni di valenza dalla forza

la all'indentazione

resistenza dipende

durezza

di di

dalla movimento

anche degli

capacità

legame ato

ma dislocazione

dalla

che

mi dipende

il fusione

di il

Anche coefficiente di

punto espansione

e di

dallaforza

termica dipendono legame

fusione

di

Temperatura di

minore elettroni carattere metallico

valenza maggiore

del di

bassa T

bassa fusione

energia

legame

Orbitali d il carattere

aumenta covalente per

l'ibrido rione di

l'energia

aumenta legame

d

orbitali riempiti

più elettroni

minori

esterni legati

meno energie

This minori

e diversa

molto

Tes

simile ma

configurazione i

d

orbitali d diminuisceperchè

gli più

con più sono quelli

l'energia

pieni

le minori

sono Tas

esterni legati sono

meno

ottiche

Proprietà

Opacità elettroni

gli

trasparenze interagi

non radiocioni

tutte visibile

scorto nel

con le

è

nel

gli m are

vicini

tutti assorbite

sono molto che trasmesse

e non

vengono

condistanzacadenaradia attraverso

passano

non

Lucentezza assorbita viene

l'energia riammessa

forma di

dalla luce

superficie sotto assorbita

a di

la stessa quella

con

elettriche

Proprietà delocalizzati

conducibilità

Elevata elettroni

gli movimento

messi

essere in

possono basso

da

anche un potenziale metalli

nei

facile puri

più

che nelle leghe

proprietà meccaniche duttilità

Malleabilità plasticità dovuta

e direzionalità

alla non

del chimico

legame

dei cristallini che

piani

scorrimento mantiene

di

forze che

fatto atomi sono

al

l'equilibrio grazie gli

tutti uguali

Solido ionico

tornati ioni

Sono da loro

diversi tra cationi anioni

1

noi

Cl

l Na forza di legame

colombiana forte

legame

ci

Cl noi

Na Na Cl

l Nat

CI

ci

Nat Nat

dei

Proprietà solidi ionici

ionici tra

Legami metalli

elettropositivi

molto

elementi metalli

elettro

molto

elementi non

negativi

e0

tonierazione elettronegativi

elettropositivi cationi

Produzione di ilraggiovaria

anioni e ci

Na

CL

Na anione

Catone

Forze all'detrazione

dovute

di elettrostatica

legame all'attrazione

stabilita elettrostatica

grazie neutro

Cristallo elettricamente

struttura dalle tra

relative

influenzata dimensioni

a catione re

anione

e ra

Stabilità tutti

gli anioni contatto

devono essere in

il catione

con le formazioni

tutte molecolari

Non sono

possibili

Instabile stabile

limite

anione

catione diminuire

Bisogna

il di

numero

coordinazione

Numeri di coordinazione i

tipici

n per

solidi ionici dal i raggi

dipendono tra

rapporto

te

di lineare

2

numero

me e 0,155

che

anioni toccano ma

il razione

centrale re

3 0.155 0.225

triangolare ma

re

tetraedrica

4 0.414

0.225

tra

più re 0.732

dtaedrica

i 6 0.414

comuni

per ra

ceramici re

8 0.732

cubica 1

ra

il di

Definiscono grado impacchettamento

fisiche

Proprietà

Elevati forza

fusione legame

di la di

per

punti

Densità massimo

medio il

basse impacchettamento

deve

è si garantire

possibile

non perché ioni

l'elettro neutralità posizionano

gli si

in disposizioni precise

Temperatura fusione

di diminuisce di

l'energia

e la

Aumentando dimensione legame

fusione

di

il punto

anche lontani

sono più

quindi il

Aumentando elettroni di aumenta

gli legame

di fusione

punto

elettriche

Proprietà 0

Buoni gli nel

isolanti sono chimico

impegnati legame

e liquido

solo stato

allo

conduttori le

soluzione

in separo

o

cariche

Proprietà ottiche dotati di

Non un colore proprio

trasparenti risibile 0

luce di

la gli

interagisce legame

e

con

restituendo

assorbita solo

viene alcune

e d'onda

lunghezze

Proprietà meccaniche

più ioni durezza

vicini

e sono gli maggiore la

e

la il

durezza del di

e cresce crescere

con numero

della il

ossidazione carica legame

quindi

e

forte

è più frattura si

fragile

Soggetti avere

a non può

deformazione plastica perché

c'è

lo slittamento

dopo non

stabilità di cariche

repulsione

ma

28 0

è

scambiati 38

bivalenti è

tutti scambiati

ne

i

anafora

inversa

varia simile

molto

aroma

Solido covalente monotoni

forti

Atomi tenuti legami covalenti

insieme da sic

Quarzo

Esempi Diamante grafite

carbonio e e

mmm

covalente reticolare

Diamante i

durera

estrema fusione elevatissimo

di

punto conducibilità

pessima

Orbitali Sps diamante

e

Grafite particolare

caso insieme

tenuti

in strati

organizzazione sovrapposti

van

interazioni Waals

da di conceit

der demoralizzati

Facile sfaldabilità

lubrificante

Usata come buon

delocalizzati

elettroni il

numerosi conduttore

orbitali spa grafite

e

Proprietà fisiche fusione

elevati di

punti

densità totale

bassa il impacchettamento

non

per

alla direzionalità

dovuto del legame

esistere solo se

può

orbitali uniscono

si in

gli orientazioni

determinate

Proprietà elettriche fortemente

bassa conducibilità elettroni legati

Proprieta ottiene radiazione

Trasparenti incolori la

e passa

materiale

attraverso il è

interagisce gli

con

non

Proprietà meccaniche

dire

Elevata era

Indeformabili

fragile direzionale

Frattura legame

e Affinità tra ionico covalente

legame e

Forti

legami molto

elettroni localizzati

ionico

Difference covalente

direzionale

dire

rionale

non

forza forza

minore maggiore

è elettroni

appartenenti condivisi

a singolo

un tra

trasferiti

nucleo nuclei

più

Legami misti dalla di

differenza

Il tipo di legame elettrone

dipende alta

se di

è

gatività si

molto legame

parla

ionico 203

covalente Al

ionico ceramici come GaAs

Semiconduttori come

2ns

e

si Ge

metallico

covalente e metalli

ionico tra

Metallo due

composti

che hanno significativa

una

differenza di elettronegati

Narnia

vita NICO

come

fc2

e in

FaetfcresTAao

qq.FI

I misti ionica

hanno

legami una componente una

Gli

covalente al

polare elettroni intorno

girano più

orbita

elettronegativo anche

tempo

ma poco

per

atomi

in ai due

mezzo definizione incerta

ionico

polare v

puro ti

014 3

2 3.28

1 Percentuale di carattere

Materiale misti

ionico dei legami

Cafe 89 prevale

ionico

73

Ngo 67

NaCl 63

Al 203

Si 02 51

Sismi 30

2ns 18 prevale

sic covalente

12

solidi molecolari

Sono allo solido

stato quindi

gas

spesso rari

Sono intermolecolari

legami

da

legati loro

tra

deboli Ia H2O

02

Argon ghiaccio

esempi

Proprietà passa Infame

fisiche bassi

Punti sublimazione

fusione la

di per

e o

forza

bassa di legame

sublimazione di

calore di dissociazione

calore

e

fusione

o Forte

il molto

gli

tra è

covalente

atomi più

legame

perché

del molecole

le

tra

legame

Proprietà meccaniche

Durerea bassissima

e

Proprietà ottiche ed elettriche

dai intra molecolari

legami interno