CLASSIFICAZIONE DEI MATERIALI

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1 CLASSIFICAZIONE DEI MATERIALI

2 MATERIALI METALLICI Sono sostanze inorganiche composte da uno o più elementi metallici (Fe, Al, Ti etc.), che possono però contenere anche alcuni elementi non metallici (C, N, O). Sono composti da uno (metallo( puro) ) o più elementi metallici miscelati tra loro (lega( lega). In base alla composizione, vengono suddivisi in metalli ferrosi (ferro, acciai, ghise) e metalli non ferrosi (alluminio, rame, ottoni ecc.) Struttura cristallina in cui gli atomi sono disposti in modo regolare nello spazio.

3 MATERIALI METALLICI PROPRIETÀ PRINCIPALI: sono buoni conduttori del calore e dell elettricit elettricità; sono dotati di lucentezza metallica superficiale (almeno fino a quando non subentra l ossidazione, l infatti sono soggetti a corrosione); hanno buona resistenza meccanica e tenacità; sono facilmente modellabili per lavorazione plastica a caldo e a freddo; sono dotati di elevato peso specifico.

4 MATERIALI CERAMICI Sono materiali inorganici costituiti da composti, elementi metallici e non metallici legati chimicamente tra loro (ossidi( e/o silicati): sono duri ma fragili, hanno elevata resistenza a compressione ma non a trazione, non conducono nén il calore nén la corrente elettrica (eccetto grafite legami secondari o introducendo difetti di punto vacanze o elettroni con metalli di transizione e Fe, Cu, Mn, Co,), non si ossidano, resistono alle alte temperature (refrattari) e all usura usura. Esempi: cemento, gesso, vetro, ceramici tradizionali (mattoni, piastrelle, p porcellane ecc.), ceramici avanzati.

5 MATERIALI POLIMERICI Sono costituiti da lunghe catene molecolari di molecole organiche (contenenti C), sintetici o naturali. Struttura spaziale in genere non cristallina (disordinata). Sono caratterizzati da: densità relativamente bassa, hanno bassa resistenza meccanica, sono flessibili e deformabili, sono soggetti a rammollimento o decomposizione a temperature relativamente basse, hanno scarsa stabilità dimensionale, sono isolanti termici ed elettrici, sono inerti chimicamente in molti ambienti ma sono soggetti ad invecchiamento. Esempi: gomma, legno, adesivi, vernici, bitumi, resine.

6 Tipica microstruttura di un materiale polimerico

7 Corrosione (eccetto Au) Shock Termici Fragilità Fotodegradazione Termodegradazione PROPRIETÁ METALLI CERAMICI POLIMERI Densità (gr/cm 3 ) Punto di fusione basso-alto alto basso Durezza media alta bassa Lavorabilità buona scarsa buona Rt (MPa) <2500 <400 <120 Rc (MPa) <2500 <2500 <350 Proprietà termiche medie medio-basse basse Proprietà elettriche conduttori isolanti isolanti Proprietà chimiche medio-basse eccellenti buone Dipendono da matrice, rinforzo e interfaccia COMPOSITI

8 MATERIALE COMPOSITO: Costituito da almeno due fasi distinte: - una fase continua (detta matrice) - una fase dispersa (detto rinforzo). Ruolo della fase dispersa (detto rinforzo): sopportare i carichi esterni e limitare le deformazioni. Ruolo della fase continua (detta matrice): Ingloba il inforzo aiuta a ripartire i carichi tra le diverse fibre in modo uniforme attraverso l interfaccia, l le protegge dall ambiente ambiente esterno (umidità,, sfregamento, ecc.), in alcuni casi è in grado di conferire al composito elevata tenacità che le fibre non possiedono.

9 CLASSIFICAZIONE DEI MATERIALI COMPOSITI SULLA BASE DEL TIPO DI RINFORZO

10 COMPOSITI RINFORZATI CON PARTICELLE Ottenuti aggiungendo particelle ad una matrice polimerica, ceramica o metallica con lo scopo di migliorare le caratteristiche elettriche, termiche, magnetiche, di resistenza all abrasione, all usura o all urto. Di solito l aggiunta di particelle non porta a un sostanziale aumento della resistenza a trazione o della tenacità della matrice. Es: I pneumatici delle automobili affinchè le pareti laterali siano flessibili ma anche resistenti sono realizzati con un elastomero rinforzato microscopicamente con nerofumo d=5-500nm e su scala maggiore con fibre poliestere o di acciaio per conferire Rm nella direzione radiale.

11 COMPOSITI RINFORZATI CON FIBRE Nella matrice polimerica e le fibre assumono la funzione di conferire al materiale elevata rigidità e resistenza meccanica Nel caso di matrice ceramica le fibre hanno la funzione di aumentare la tenacità alla frattura del materiale, consentendo di contenere la fessurazione della matrice fragile (calcestruzzo fibrorinforzato, paglia nell argilla e nei mattoni, peli di animali negli intonaci per muratura o pasta di carta). ESEMPI: scafi di piccole imbarcazioni (resina + fibre di carbonio o kevlar), racchetta da tennis (nylon con fibre di carbonio), vetroresina (poliestere con fibre di vetro).

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14 PROPRIETÀ DEI COMPOSITI 1- Caratteristiche meccaniche della fibra 2-Adesione: Il carico trasmesso alla fibra aumenta con l adesione migliorata con trattamenti sulla fibra 3-Lunghezza e diametro: Nel caso di fibre corte il carico trasmesso dalla matrice a parità di altre condizioni (come qualità dell interfaccia) aumenta con l che però diminuisce la lavorabilità del composito. Esiste una lcritica a cui è possibile trasmettere al centro della fibra uno sforzo pari alla sua resistenza atrazione. Spesso si considera il rapporto di forma con il diametro equivalente. 4-Contenuto: la resistenza del composito cresce con il volume di fibra fino al valore max dell 80%. 5-Orientamento: Fibre continue danno un comportamento anisotropo a meno che non si sovrappongono strati orientati differentemente. Le fibre corte se orientate casualmente danno un comportamento isotropo al materiale.

15 MATERIALI PER L INGEGNERIAL METALLI >2000! CERAMICI > 5000! POLIMERI > 10000! É impossibile conoscere le proprietà di tutti i materiali, ma è importante conoscere i principi che governano i criteri per la scelta e l applicazione di tutti materiali.