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Corso di Tecnologia dei Materiali ed Elementi di Chimica
Docente: Dr. Giorgio Pia
La Scienza dei Materiali
Origine… da dove nasce l’arte?
Rosso
Bianco
Verde
W. Smith, J. Hashemi, Scienza e tecnologia dei materiali, 4ed – © McGraw-Hill Education (Italy) srl
Grigio
Rosso Nero
Marrone
Blu
Verde
Rosso
Arancione
Giallo
Viola
Giallo
Il Confine… Cosa ci limita?
I Materiali… Cosa sono e perché studiarli?
I MaterialiCosa sono?
I materiali possono essere definiti come sostanze dalle quali ogni cosa è composta o fatta
Otteniamo materiali dalla crosta terrestre e dall’atmosfera
Esempi:Silicio e Ferro costituiscono rispettivamente il 27.72 ed il 5.00 % in peso della crosta terrestre.
Azoto e Ossigeno costituiscono rispettivamente il 78.08 ed il 20.95 % in volume dell’aria secca.
I MaterialiPerché studiarli?
La produzione e la lavorazione dei materiali costituiscono una parte molto importante della nostra economia.
Gli ingegneri scelgono i materiali adeguati per un progetto.
Occorrono nuovi materiali per alcune nuove applicazioni.
I MaterialiPerché studiarli?
La scienza dei materiali riguarda la conoscenza di base della struttura interna, delle proprietà e delle lavorazioni dei materiali
La tecnologia dei materiali riguarda l’applicazione della conoscenza ottenuta dalla scienza dei materiali per convertire i materiali in prodotti
Conoscenze risultanti
della struttura e delle proprietà
Conoscenze applicate dei
materiali
Scienza dei MaterialiScienza e Tecnologia
dei Materiali Tecnologia dei Materiali
Conoscenze di base dei materiali
I Materiali
Materiali Metallici
Composti da uno o più elementi metallici Esempi: Ferro, Rame, Alluminio.
Un elemento metallico può combinarsi con elementi non metallici
Esempi: Carburo di Silicio, Ossido di Ferro
Inorganici, hanno struttura cristallina
Buoni conduttori termici ed elettrici.
Metalli e Leghe
Ferrosi Es.: Acciaio,Ghisa
Non ferrosiEs.: Rame,Alluminio
I Materiali
Materiali polimerici (plastiche)Molecole organiche per lo più non cristalline
Alcuni sono compositi da regioni cristalline e non cristalline
Scarsi conduttori elettrici, quindi utilizzati come isolanti
Resistenza meccanica e duttilità variano moltissimo
Basse densità e temperature di decomposizione
Esempi: Polivinil Cloruro (PVC),Poliesteri
Applicazioni: Dispositivi, DVD,Tessuti, etc.
I Materiali
Materiali CeramiciElementi metallici e non metallici sono legati insieme chimicamente.
Inorganici, ma possono essere cristallini, non cristallini o semicristallini.
Elevata durezza, resistenza meccanica e resistenza all’usura.
Isolanti molto buoni. Utilizzati per rivestimenti di forni per trattamenti termici e fusione di metalli.
Usati anche per lo Space Shuttle per isolarlo durante l’uscita e il rientro in atmosfera.
Altre applicazioni: abrasivi, materiali da costruzione, utensili, etc.
Esempi: Porcellana, Vetri, Nitruro di silicio.
I Materiali
Materiali compositi
Miscela di due o più materiali
Formati da due materiali (riempimento e matrice)
Materiali legati, non si miscelano l’uno con l’altro
Principalmente due tipologie:
Fibroso: fibre in una matrice;
Particolato: particelle in una matrice.
La matrice può essere metallica, ceramica o polimerica
Esempi:
Fibre di Vetro (materiale da rinforzo in una matrice di poliestere o resina epossidica)
Calcestruzzo (ghiaia o barre di acciaio rinforzate in cemento e sabbia)
Applicazioni: Ali e motori di aerei,costruzioni
I Materiali
Materiali per l’elettronica
Non elevati per volume, ma molto importanti
Il silicio è un comune materiale per l’elettronica
Le sue caratteristiche elettriche sono variate aggiungendo impurezze
Esempi: chip in silicio, transistor
Applicazioni: computer, circuitiintegrati, satelliti, etc.
I MaterialiConcorrenza…
I materiali competono tra loro per essere presenti in nuovi mercati.
Su un periodo di tempo, l’impiego di differenti materiali varia a seconda del
costo e delle prestazioni.
Materiali nuovi, più economici o migliori sostituiscono i vecchi materiali quando
c’è una svolta nella tecnologia.
Esempio
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
lb/a
uto
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1985 1992 1997
Anno del modello
Alluminio
Ferro
Mat. Plastiche
Acciaio
Previsioni e utilizzo deimateriali per auto in USA
I Materiali: avanzamenti recenti e tendenze future
Materiali intelligenti
Reagiscono a stimoli ambientali
Cambiano le loro proprietà quando soggetti a uno stimolo esterno
Esempi: leghe a memoria di forma – usati per stent arteriosi
Sistemi microelettromeccanici (MEMS)
I Materiali: avanzamenti recenti e tendenze future
Nanomateriali
Dimensioni minori a 100 nm
Materiali con proprietà speciali
Molto duri e resistenti
Ricerca in corso
Esempi: plastiche rinforzate con nanofibre di carbonio (molto leggere, ma forti come i metalli)
I Materiali: avanzamenti recenti e tendenze future
Problema: selezionare il materiale adeguatoper il telaio e le forcelle di una bicicletta
Acciaio e leghe
Legno
Plasticarinforzata con
fibre di carbonio(CFRP)
Leghe dialluminio
Leghe diTi e Mg
Basso costo, ma pesante. Bassaresistenza alla
corrosione
Leggero e resistente.
Non può esseremodellato
Molto leggera e resistente. Non
corrodibile.Molto costosa
Leggere, abbastanza resistenti.
Resistenti acorrosione. Costose
Leggermente meglio delleleghe Al. Più
costose
Costo importante? Selezionare acciaioProprietà importanti? Selezionare CFRP
Chi è l’ingegnere?
Chi è l’architetto?
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1767 da un teologo di Ratisbona, Jacob Christian Schäffer.
Una lavatrice della marca Constructa degli anni cinquanta.
La lavatrice oggi…
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I Materiali… Ma non dimenticate il resto…
I Materiali: arte, fantasia e funzione… Ma non dimenticate il resto…
I Materiali: arte, fantasia e funzione… Ma non dimenticate il resto…
Organizzazione del corsoIl programma
Corso di Tecnologia dei Materiali e Chimica ApplicataNote sul Corso
Il corso intende offrire una piena consapevolezza dell’importanza
della Scienza e Tecnologia dei Materiali nella professione dell’Ingegnere.
Sottovalutare questa disciplina è possibile…… Anche ragionare è facoltativo!
Il saper progettare non è solo comprendere la distribuzione degli spazi e delle forme,
ma anche trasformare un’idea in materia, in realtà.
Il materiale è ciò che vi assicura che la vostra opera potrà essere creata, usata, capita epotrà durare nel tempo!
Corso di Tecnologia dei Materiali e Chimica ApplicataIl Programma
Struttura e legame degli atomi
Struttura cristallina e amorfa
Solidificazione e imperfezioni cristalline
Processi attivati termicamente
Diffusione nei solidi
Proprietà meccaniche dei metalli
Diagrammi di stato
I materiali metallici
I materiali leganti
I materiali ceramici e i vetri
I Materiali polimerici e compositi
Il degrado dei materiali
I Materiali Naturali e la Sostenibilità
Corso di Tecnologia dei Materiali e Chimica ApplicataIl Programma
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2
4
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8
10
12
14
Struttura eproprietà
Metalli Leganti Ceramici evetri
Polimeri ecompositi
Materialinaturali
Degrado deimateriali
Sostenibilità
Ore
Corso di Tecnologia dei Materiali e Chimica ApplicataI libri di testo
Smith W.F. “Scienza e Tecnologia dei Materiali”, The McGraw-Hill Companies, 2012.
Corso di Tecnologia dei Materiali e Chimica ApplicataI libri di testo
Callister W.D. “Scienza e Ingegneria dei Materiali”, Edises, 2012.
Corso di Tecnologia dei Materiali e Chimica ApplicataI libri di testo
Atzeni C., Pia G., Sanna U. “I Materiali dell’Edilizia Storica. Storia, Tecnologia, Applicazioni”, Aracne editrice, 2010.
Corso di Tecnologia dei Materiali e Chimica ApplicataI libri di testo
Bertolini L.“Materiali da costruzione”, I e II, CittàStudi edizioni, Milano
Corso di Tecnologia dei Materiali e Chimica ApplicataL’esame
8 Giugno – 30 Settembre
La prova finale sarà una verifica orale sui contenuti del corso.
Scritti:
1° prova intermedia
2° prova intermedia
Per coloro che non supereranno le prove intermedie:
Compito intero e prova orale
Corso di Tecnologia dei Materiali e Chimica ApplicataFAQ
Si può sostenere l’esame senza aver superato la prova di Chimica?
Sì, tuttavia non si potrà prescindere dalle conoscenze di base richieste per il superamento di questo esame.
Posso contattare il docente per informazioni e chiarimenti?Sì, il docente può essere contattato:via mail [email protected]; via telefonica 070.675.5051;Attraverso la pagina facebook: Corso di Tecnologia dei Materiali e Chimica Applicata
Corso di Tecnologia dei Materiali e Chimica ApplicataFAQ
INIZIAMO….
