Tecnologia dei Materiali e Chimica Applicata: Appunti di Teoria

CLASSIFICAZIONE DEI MATERIALI

OSSIDI

COMBINAZIONE DI METALLI E NON METALLI CON OSSIGENO

METALLI

• SI TROVANO A SINISTRA E CENTRO DELLA TAVOLA PERIODICA TENDONO A PERDERE ELETTRONI PER REALIZZARE LA STABILITÀ CON IL GAS NOBILE PIÙ VICINO PER NUMERO ATOMICO

PROPRIETÀ

• ALTA LUCENTEZZA
• MALLEABILI E DUTTILI
• BUONA CONDICIBILITÀ TERMICA E ELETTRICA
• PERDONO ELETTRONI PER FORMAR IONI POSITIVI

NON METALLI

• SI TROVANO A DESTRA DELLA TAVOLA PERIODICA TENDONO AD ACQUISTARE ELETTRONI PER REALIZZARE LA STABILITÀ CON GAS NOBILI

PROPRIETÀ

• BASSA LUCENTEZZA
• FRAGILI
• SCARSA CONDICIBILITÀ
• ACQUISTANO ELETTRONI E FORMANO IONI NEGATIVI

• TRA LE 2 CATEGORIE ESISTONO ANCHE I SEMIMETALLI CHE HANNO PROPRIETÀ INTERMEDIE.

METALLO (NON METALLO) + OSSIGENO = OSSIDO

• IN QUESTI CASI L'OSSIGENO HA SEMPRE NUMERO DI OSSIDAZIONE UGUALE A -2

IN PARTICOLARE:

METALLO + OSSIGENO = OSSIDI BASICI

NON METALLO + OSSIGENO = OSSIDI ACIDI (ANIDRIDI)

CRISTALLINI

• IONICI
• COVALENTI
• MISTI
• METALLICI

FRAGILI

DUTTILI (MA ANCHE FRAGILI)

MATERIALI SOLIDI "RIGIDI"

NON CRISTALLINI (AMORFI)

• A LEGAMI PRIMARI
• VETRI
• TERRE COTTE, LATERIZI
• RESINE
• A LEGAMI PRIMARI E SECONDARI
• RESINE TERMOPLASTICHE
• LEGNO OSSA COMPOSITI

FRAGILI

ELASTICI

RIGIDI

VISCOELASTICHE

LEGAMI E CLASSIFICAZIONE (2 CATEGORIE)

SOLIDI CRISTALLINI

STRUTTURA INTERNA ORDINATA CHIAMATA STRUTTURA CRISTALLINA.

SITUAZIONE SPAZIALE REGOLARE, LE PARTICELLE CHE COSTITUISCONO IL

SOLIDO OSCILLANO ATTORNO A POSIZIONI DI EQUILIBRIO CHE

NELL’INSIEME DEFINISCONO IL RETICOLO CRISTALLINO DEL SOLIDO.

I SOLIDI CRISTALLINI HANNO UNA TEMPERATURA DI FUSIONE MOLTO

NETTA. MOLTO IMPORTANTE È L’ANISOTROPIA, PROPRIETÀ DI

UNA SOSTANZA, PER CUI I VALORI DELLE SUE GRANDEZZE

FISICHE DIPENDONO DALLA DIREZIONE CHE VIENE CONSIDERATA.

Per il carattere non direzionale dei legami ionici

ogni ione si circonda del massimo

numero di elettroni.

Tra le varie forme:

• Reticolo cubico
• Rettangolare
• Esagonale

Energia di legame

Quando si forma un legame si perde una certa quantità

di energia detta en. di legame. Quindi gli atomi

singoli A e B hanno più energia della molecola A-B.

Essa è anche l’energia che bisogna fornire per rompere

il legame, oppure la diff. di energia tra lo stato iniziale

e quello finale di equilibrio.

L’energia di legame ci fornisce una precisa indicazione

sulla forza del legame.

L'energia di legame dipende:

• Dimensione atomi: + distanza, - energia
• Tipo legame: ionico, covalente, secondari

PUNTO DI ROTTURA DEL LEGAME

• QUANDO DICO r→∞ INTENDO DIRE ANDARE VERSO LA ROTTURA DEL MATERIALE!

LA COMBINAZIONE LINEARE DELLE 2 CURVE U_A e U_R CI FORNISCE L'ENERGIA NETTA DI LEGAME.

U = ∫F(x) dx

F = -dU/dr

• NEL PUNTO DI ENERGIA MINIMA LA CURVA PASSA PER ZERO
• NEL PUNTO DI FLESSO INVECE HO IL PUNTO DI MASSIMO
• PUNTO DI MINIMO = PUNTO DI STABILITÀ
• PER r < r₀ PREVALE LA REPULSIONE!
• PER r > r₀ PREVALE L'ATTRAZIONE!

E = _S0⁄_r0

• → RIGIDITÀ CALCOLATA NEL PUNTO DI EQUILIBRIO
• → DISTANZA INTERATOMICA DI LEGAME

IL MODULO ELASTICO È COLLEGATO ALL'ENERGIA DI LEGAME

• I CORPI COLLEGATI DA LEGAMI COVALENTI HANNO MODULO ELASTICO ELEVATO.
• NEI LEGAMI IONICI IL MODULO ELASTICO È BASSO.

ESAGONALE COMPATTA

• MAGNESIO, TITANIO, BERILLIO
• ALTA CONDUCIBILITÀ SIA ELETTRICA CHE TERMICA

CUBICA A CORPO CENTRATO

• ALLUMINIO, RAME, NIKEL, FERRO γ (AUSTENITE)

FERRO α (FERRITE) STRUTTURA DI MASSIMA DENSITÀ

LE LEGHE METALLICHE

I metalli sono principalmente usati come leghe, ovvero sono uniti ad altri materiali sia metallici che non metallici. Grazie alle leghe si ottengono materiali metallici compositi dalle elevate caratteristiche di resistenza.

• TIPI DI LEGHE
  • SOSTITUZIONALI
  • INTERSTIZIALI

Per ottenere una lega occorre riscaldare fino a fusione i singoli componenti, i quali non si combinano chimicamente tra loro ma si disperdono l'uno nell'altro (come nelle soluzioni chimiche). Poi si lascia raffreddare e si consolida.

• LEGHE SOSTITUZIONALI
  • Gli atomi del soluto (B) vanno a sostituire quelli del solvente (A) nella posizione reticolare.

Le leghe sostituzionali sono possibili tra:

• Elementi simili per
  • STESSA DIMENSIONE FISICA
    • Raggi atomici simili
  • ELEMENTI VICINI DAL PUNTO DI VISTA CHIMICO
    • Uguali reticoli cristallini
    • Stesso numero di elettroni di valenza

LE FASI PRESENTI

A = REGIME MONOFASICO (SOLIDO) 1 FASE B = REGIME BIFASICO (SOLIDO + LIQUIDO) 2 FASI

LE COMPONENTI

• NEL PUNTO A⁺ REGIONE MONOFASICA LA COMPOSIZIONE È LA STESSA DI PARTENZA
• NEL PUNTO B^- REGIONE BIFASICA:
  • SI TRACCIA LA LINEA ORIZZONTALE ISOTERMA. LINEA DI COLLEGAMENTO
  • CHIAMATE L₁ E L₂ LE INTERSEZIONI CON LE LINEE RISPETTIVAMENTE DI LIQUIDI E SOLIDI, SI TRACCIANO LE PERPENDICOLARI FINO ALL'INTERSEZIONE CON L'ORIZZONTALE, DOVE SI POSSONO LEGGERE LE COMPOSIZIONI

REGOLA DELLA LEVA

• L₁ ab = S₁ bc
• _L1/_S1 = bc/ab
• L₁ + S₁ = 100%

QUESTA REGOLA DELLA LEVA SERVE PER DETERMINARE LA PERCENTUALE IN PESO.

V = c + 1 - φ NUMERO GRADI DI LIBERTÀ DEL SISTEMA NUMERO COMPONENTI PRESENTI NELLA MISCELA NUMERO VARIABILI FISICHE (es. TEMP. PRESS) NOI CONSIDERIAMO SOLO TEMPERATURA

• NEL PUNTO B⁺ V = 2 + 1 - 2 = 1

[IL SISTEMA HA 1 GDL]

Curva di Resistenza Elastica di un Acciaio al Carbonio

Stresso il provino con la trazione fino a rottura - ciò vuol dire che allungo e deformo la struttura fino a che le "molle" che collegano gli atomi non si rompono!

Dopo questa prova traccio la curva di risposta caratteristica (x ogni materiale è differente). È una curva in cui σ è in funzione di ε.

Da O → σ_Y → Ho risposta elastica, il materiale ritorna nella situazione di "non carico", vale legge di Hooke (proporzionalità)

Da σ_Y → σ_S → Zona elasto-plastica. Le deformazioni iniziano a diventare permanenti (plasticizza)

In σ_S → Punto di snervamento (zona bande di Lauder). Le bande sono legate alle dislocazioni, in un materiale duttile non ci sono. In questa zona è "instabile", il materiale.