Scienza e ingegneria dei materiali Esercizi per il secondo esonero

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Ida Pippi
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1 Scienza e ingegneria dei materiali Esercizi per il secondo esonero I silicati Dare il nome ai silicati schematizzati nelle figure di sotto associando, se di vostra conoscenza, una categoria di minerali o materiali inorganici di sintesi 1

2 Fillosilicati Talco, mica e amianto: similitudini e differenze a partire dalla loro microstruttura. Calcolo della densità di un green di Al2O3 Stimare la densità di un green di allumina densamente impacchettato formato da particelle sferiche di 25micron. Cosa accadrebbe con un diametro di 10micron? Cosa accadrebbe con l'aggiunta del 20%volume di particelle più piccole adatte ad occupare gli interstizi? Svolgimento Si calcola la calcola la frazione di volume occupato in una cella unitaria a facce cubiche (massima densità di impacchettamento): 4 X 1,33pr 3 /16 x 21/2r3 = Si moltiplica la frazione per la densità dell'allumina 3,96g/cm 3 d = x 3,95 = 2,93g/cm 3 aggiungendo la frazione degli interstizi di particelle più fini d = (0,20 x 3,96 + 2,93)g/cm 3 = 3,72g/cm 3 2

3 Espansione termica Calcolare la densità dell'allumina a 1000 C. Si assuma nel range C un coefficiente di espansione termica pari a 8*10-6 K -1. 3

4 La conduzione termica Discutere i meccanismi di conduzione termica nei materiali porosi, compatti trasparenti e opachi. Shock termico Calcolare la resistenza agli shock termici ( T) del Si 3 N 4 sapendo: - la resistenza meccanica 450Mpa - Il modulo di Young 290GPa - Il coefficiente di espansione termica 2,92*10-6 K -1 - Coefficiente di Poisson 0,25-4

5 Stress termico Calcolare il valore di stress necessario a indurre una elongazione del MgO a 100 C R: DT = Dl/l, = E Dl/l = 8.0 x 10-6 C -1 Gli ingredienti del vetro In un vetro sodico calcico dire quali delle seguenti affermazioni è vera: a) il SiO 2 è stabilizzante, il NaO abbassa la Tg b) il SiO 2 è vetrificante, il CaO riduce la solubilità in acqua c) il SiO 2 è vetrificante, il NaO fondente, il CaO stabilizzate d) il NaO è vetrificante, il SiO 2 fondente, il CaO aumenta la refrattarietà 5

Proprietà reologiche dei vetri Viscosità e lavorabilità del vetro: il lessico (definizione e significato) dei punti di riferimento al variare della temperatura nei processi di

6 Proprietà reologiche dei vetri Viscosità e lavorabilità del vetro: il lessico (definizione e significato) dei punti di riferimento al variare della temperatura nei processi di produzione e lavorazione. Il vetro sodalime Indicare la composizione del vetro sodico calcico e specificare l influenza dei diversi ossidi sulle proprietà e sulla lavorazione del vetro 6

in una serra di vetro di giorno fa più caldo.

7 Il vetro e l effetto serra Confrontando la dipendenza spettrale dell irraggiamento solare e della trasmittanza dei vetri sodalime, spiegare perché in una serra di vetro di giorno fa più caldo. Fattore solare Calcolare il fattore solare di una lastra di vetro colorata avente trasmissione 55%, assorbimento 38%. FS =? 7

8 Monomero mer e polimero Dal monomero al polimero. Dare la definizione di reazione di polimerizzazione e descrivere uno dei meccanismi di polimerizzazione descritti a lezione I polimeri Abbinare le classi dei materiali polimerici alle affermazioni riportate sotto a) Termoplastici b) Termoindurenti c) Elastomeri ( ) amorfi, rigidi, non possono essere riformati ( ) cristallini o amorfi, rigidi al di sotto di una temperatura ( )presentano comportamento elastico in un ampio range di deformazioni possono essere riformati attraverso riscaldamento. 8

9 Grado di polimerizzazione e peso molecolare Calcolare il peso molecolare di una molecola di PVC con un grado di polimerizzazione di 1000 MW Cl = 35,45 MW C = 12 MW H = 1 Peso molecolare e grado di polimerizzazione e Calcolare il grado di polimerizzazione di una molecola di PVC con peso molecolare di g/mol MW Cl = 35,45 MW C = 12 MW H = 1 9

10 Rigidità e resistenza dei polimeri Descrivere la variazione della rigidità e della resistenza dei polimeri semicristallini in funzione della temperatura Densità dei polimeri ingegneristici Calcolare la densità di un polimero di Nylon 6.6 caricato con il 33% in peso di fibra di vetro d nylon = 1,14g/cm 3 d vetro = 2,54g/cm 3 10

11 Tg nei polimeri Discutere l evoluzione delle proprietà dei polimeri termoplastici facendo riferimento in particolare alla temperatura di transizione vetrosa Modulo di un polimero fibrorinforzato Calcolare il modulo di Ypung longitudinale (fasi in parallelo) di un poliestere rinforzato con il 60% di E-glass Dati: E f = 72,4GPa E m = 6,9GPa A. Licciulli, A. Maffezzoli, F. Lionetto Compositi e rinforzi 11

12 Modulo di Young longitudinale Applicando la condizione di isostrain: cl = m = f = l/l Il carico applicato P c si ripartisce tra fibra e matrice P c = P f + P m Ossia indicando le sezioni trasverse, del composito A c, delle fibre A f e della matrice A m cl A c = f A f + m A m = (E f A f + E m A m ) cl cl = E cl cl = (E f A f /A c + E m A m /A c ) cl = (E f V f +E m V m ) cl Quindi: E cl = E f V f +E m V m cl = f V f + m V m A. Licciulli, A. Maffezzoli, F. Lionetto Compositi e rinforzi Conduttività nei solidi Calcolare la conduttività per una lega di alluminio con 1,2% di Mn sapendo che applicando ad un filo di diametro 1mm e lunghezza 1m una tensione di 432mV si misura una corrente di 10A V = RI R = l/a = 1/ 12

13 I semiconduttori Atomi droganti e livelli energetici nei semiconduttori estrinseci Bande nei semiconduttori I semiconduttori: banda di valenza, banda di conduzione, semiconduttori intrinseci ed estrinseci 13

14 Stress termico su smalti ceramici Indicare se una fritta ceramica da applicare su un biscotto debba avere coefficiente di espansione termica maggiore o minore di quello del biscotto stesso. In quale caso si ha un aumento della resistenza a flessione? Antonio Licciulli Scienza e tecnologia dei materiali 14

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