Scienza e tecnologia dei materiali

STRUTTURA E CLASSIFICAZIONE DEI MATERIALI

Studio delle 4 componenti: processo di fabbricazione, struttura, proprietà e prestazioni.

Le proprietà dipendono dalla microstruttura, che a sua volta viene influenzata dal processo di fabbricazione.

In commercio sono disponibili più di 160.000 materiali.

Definizione di materiale

Qualsiasi solido in grado di svolgere almeno una determinata funzione. Non tutti i materiali possono svolgere la stessa funzione: occorre saperli scegliere.

Materiali classificati in metalli, ceramiche, materie plastiche e compositi.

Ceramici: fragili, pessimi conduttori di calore, resistono ad alte temperature, resistenza a compressione e non a trazione (mattone pieno e forato, vetro, granito, cemento, pietra).

Metalli e leghe: resistenza a trazione (rame, alluminio, acciaio).

Utilizzo scala micrometrica (1 μm = 1⋅10^-6 m)

A livello atomico scala nanometrica (1 nm = 1⋅10^-9 m)

Mattone forato     Mattone pieno

ρ = 0,67 g/cm³        ρ = 1,76 g/cm³

La macrostruttura può influenzare proprietà (forato = minor resistenza)

Mattone     Granito

Porosità, micropori     Compatto, denso, quasi esente da porosità

Più un materiale è denso, più trasmette calore.

Vetro     Granito

Solidi amorfi,     Solidi cristallini

Atomi disposti in modo casuale,     Atomi disposti regolarmente

(amorfi: trasparenti)

È importante quindi: la macrostruttura, la microstruttura e la struttura chimica/composizionale.

Leghe di alluminio: Al + Cu o Zn (rame o zinco)

Leghe di ferro: Fe + C + Cr + Ni (carbonio, cromo, o nichel)

Leghe di rame: Cu + Sn & Zn (stagno o zinco)

STRUTTURA E CLASSIFICAZIONE DEI MATERIALI

Studi della 4 componenti: processo di fabbricazione, struttura, proprietà e prestazioni.

Le proprietà dipendono dalla microstruttura, che a sua volta viene influenzata dal processo di fabbricazione.

In commercio sono disponibili più di 160000 materiali.

Definizione di materiale

Qualsiasi solido in grado di svolgere almeno una determinata funzione. Non tutti i materiali possono svolgere la stessa funzione: occorre saper scegliere.

Materiali classificati in metalli, ceramiche, materie plastiche e compositi.

Ceramici: fragili, pessimi conduttori di calore, resistono ad alte temperature, resistenza a compressione e non a trazione (mattone pieno e forato, vetro, granito, cemento, pietra).

Metalli e leghe - resistenza a trazione (rame, alluminio, acciaio).

Utilizzo scala micrometrica (¹μm = 1.10^-6 m)

A livello atomico scala manometrica (¹ nm = 1.10^-9 m)

Mattone forato

ρ = 0.67 g/cm³

Mattone pieno

ρ = 1.76 g/cm³

La macrostuttura può influenzare proprietà (forato = minor resistenza)

Mattone

Porosità, micropori

Granito

Compatto, denso, quasi esente da porosità

Più un materiale è denso, più trasmette calore.

Vetro

Solid amorfi

Atomi disposti in

modo casuale

(amorf. = trasparenti)

Granito

Solidi cristallini

Atomi disposti

regolarmente

È importante quindi la macrostruttura, la microstruttura e la struttura chimica/composizionale

Leghe di alluminio: AL + Cu o Zn (rame o zinco)

Leghe di ferro: Fe + C + Cr + Ni (carbonio, cromo o nichel)

Leghe di rame: (Cu) + Sn & Zn (stagno e zinco)

Vetri : SiO₂ rapporti numerici precisi e costanti a differenza delle sabbie fuse (ha quarzo).

Leghe metalliche: differenza tra metalli e ceramici.

Polietilene : C + H prevalentemente i polimeri hanno bassa densita'.

Il legame tra gli atomi

• Legame covalente (molto forte)
• Legame ionico-metallico (forte)
• Legame dipolare secondario (debole).

Gli elettroni gravitano in orbitali secondo il modello di Bohr interno al nucleo.

Legame covalente - puro (atomi uguali) - polare (elettronegativita' > 0,9).

Tra atomi elettronegativi (capacità di attrarre elettroni). Condivisione di elettroni.

Legami forti in tutte e tre le direzioni nello spazio. Tra atomi uguali. Legame direzionale con angoli e distanze ben definite. Si rompono facilmente. Ha elevata temperatura di fusione. Non possono essere deformati molto senza rottura.

Legame ionico

Se differenza di elettronegativita' tra atomi supera 1,9. In questo caso l’elettrone viene ceduto e si trova uno ione positivo e uno negativo. Forte l’attrazione è direzionale. Legame caratteristico di materiali fragili a causa dell’alternarsi di cariche positive e negative, la repulsione genera rottura.

Legame metallico

Ioni metallici (positivi) immersi in