SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI
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- Ida Ranieri
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1 Laurea Specialistica in Ingegneria Meccanica anno acc. 2007/08 25/09/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI Gianfranco Dell Agli Ufficio (piano 1) Laboratorio Materiali (piano 1) Tel.: dellagli@unicas.it William F. Smith, Scienza e Tecnologia dei Materiali,, 2 a Ed McGraw-Hill Italia (2004), 41 25/09/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez
2 COMUNICAZIONI CON IL DOCENTE Posta elettronica Ricevimento in studio, orario: Mercoledì 15,00 17,00 Venerdì15,00 17,00 Utilizzo di una comune per tutti voi (potete crearla con yahoo.it o altri). 25/09/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez MATERIALE DIDATTICO Libro di testo: Smith (indicato prima) Consultazione (testi presenti in biblioteca): W.D. Callister, MaterialsScience and Engineering, Wiley D.R. Askeland, The Science and Engineering of Materials, CHapman& Hall Lucidi e altro materiale didattico postato sul sito web del corso all indirizzo web: 25/09/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez
3 MATERIALE DIDATTICO 25/09/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez ORGANIZZAZIONE DEL CORSO Il corso è organizzato nel modo classico: Lezioni di teoria (lucidi powerpoint) Esercitazioni in classe di tipo numerico Qualche esercitazione di laboratorio L esame prevede esame scritto ed orale 25/09/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez
4 PERCHÉ STUDIARE I MATERIALI? Tutto ciò che ci circonda è fatta di qualche cosa (i materiali) I materiali hanno accompagnato il progresso dell umanità: nuove scoperte hanno richiesto nuovi materiali e viceversa 25/09/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez Metalli e leghe metalliche Ceramici Polimeri Compositi Semiconduttori TIPI DI MATERIALI Competizione tra i vari tipi di materiali Dati automobile riferiti al /09/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez
5 TIPI DI MATERIALI Duttili Metalli Conduttori Scarsa resistenza chimica Resistenza al calore variabile Ceramici Fragili Isolanti Eccellente resistenza chimica Eccellente resistenza al calore Polimeri Molto duttili Isolanti Buona resistenza chimica Scarsa resistenza al calore 25/09/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez COMPETIZIONE TRA I TIPI DI MATERIALI 25/09/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez
6 RICERCA SCIENTIFICA SUI MATERIALI 767 titoli 25/09/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez COSA CI INTERESSA SAPERE? Cosa determina il comportamento (le proprietà) di un materiale, nei riguardi di: Duttilità (lavorabilità) Resistenza meccanica Comportamento ad alte temperature Resistenza al degrado ambientale Proprietà elettriche ed elettroniche Proprietà ottiche ecc. 25/09/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez
7 DICOSA SI OCCUPA LA SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI? Scienza dei materiali Tecnologia dei materiali 25/09/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez ESEMPIO: Al 2 O 3 Trasparente Traslucido Opaco Processi di lavorazione molto diversi 25/09/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez
8 STRUTTURA E LEGAMI DEGLI ATOMI Alla base della materia ci sono gli atomi: 92 elementi chimici naturali diversi da H a U elettrone nucleo neutrone protone Si rimanda al corso di chimica per la struttura atomica 25/09/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez TAVOLA PERIODICA 25/09/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez
9 LEGAMI CHIMICI ATOMICI E MOLECOLARI Legami primari (tra gli atomi): sono molto forti Legami secondari (tra le molecole, dipoli permanenti e indotti): sono relativamente deboli 25/09/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez LEGAMI CHIMICI PRIMARI NEI SOLIDI Metallico(Fe, Cu, ottoni, ecc.) Ionico(sale, MgO, ZrO 2, ecc.) Covalente(vetro, C, Si 3 N 4, ecc.) Diamante Rame MgO 25/09/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez
10 LEGAMI PRIMARI Forze di attrazione e di repulsione tra due atomi isolati e adiacenti F A dipende dal particolare tipo di legame chimico presente r 0 è la distanza di equilibrio E 0 è l energia di legame Situazione similare anche se più complessa è presente nei solidi (molti atomi e molto vicini tra loro) 25/09/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez LEGAMI PRIMARI Semplici deduzioni ricavabili da questo grafico : E 0 influenza la T fusione Pendenza di F vs r a r = r 0 determina il modulo di Young E La dilatazione termica dipende dalla forma di E vs r 25/09/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez
11 LEGAME METALLICO E SOLIDI METALLICI Atomi (di elementi metallici) disposti in maniera regolare e compatta nello spazio. Gli elettroni di valenza sono ceduti dagli atomi a formare la nuvola degli elettroni di valenza ( colla che tiene insieme gli atomi) 25/09/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez LEGAME METALLICO E SOLIDI METALLICI Proprietà prevedibili dei metalli: Elevata conducibilità elettrica (e termica): presenza di elettroni liberi Elevata deformabilità: gli atomi possono scorrere mutuamente senza distruggere il legame metallico Punti di fusione dei metalli (energia di legame): Basse con configurazione s 1 Aumenta con configurazione s 2 Elettroni 3d (4d e 5d) aumento ancora più marcato: presenza di ibridizzazione dsp (attività covalente-metallica) 25/09/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez
12 LEGAME METALLICO E SOLIDI METALLICI Z=19 Z=32 25/09/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez LEGAME IONICO E SOLIDI IONICI Formazione di una coppia di ioni di segno opposto: possibile tra atomi elettronegativi (non metalli) ed atomi elettropositivi (metalli) F = F F attr rep + F attr ( Z e)( Z e) = ; F 2 rep πε 0a nb = a n+ 1 n=7 9 2 Z1Z2e nb F = = 0LL( eq.) 2 n+ 1 4πε a a 0 25/09/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez
13 LEGAME IONICO E SOLIDI IONICI Situazione reale più complessa: Ogni ione Cl è circondato da 6 ioni Na + e viceversa Attrazione elettrostatica tra cariche di segno opposto rende stabile il solido ionico: non direzionale La distribuzione spaziale degli ioni può essere estremamente diversificata: dimensioni relative, cariche degli ioni. Catione Anione 25/09/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez LEGAME IONICO E SOLIDI IONICI Alcune caratteristiche dei solidi ionici: Isolanti elettrici Scarsa o nulla deformazione plastica Alti punti di fusione 25/09/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez
14 LEGAME COVALENTE E SOLIDI COVALENTI Si forma tra atomi elettronegativi (non metalli) Formazione della molecola di CH 4 25/09/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez LEGAME COVALENTE E SOLIDI COVALENTI Formazione di solidi covalenti e direzionalità del legame Legame molto forte: diamante (T f > 3500 C); a volte è anche debole bismuto (T f = 270 C) Solidi covalenti sono duri e fragili Spesso degradano ad elevata temperatura 25/09/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez
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