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Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile 2007 – Corsi ordinari IUSS Sintesi e fabbricazione di materiali Perché diciamo fabbricazione.

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1 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile 2007 – Corsi ordinari IUSS Sintesi e fabbricazione di materiali Perché diciamo fabbricazione ?

2 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile 2007 – Corsi ordinari IUSS La tecnologia dei metalli

3 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile 2007 – Corsi ordinari IUSS Materiali metallici Riduzione di ossidi, solfuri,… Fuso Colata in lingottiera Oggetto finito Lavorazione per deformazione plastica –Laminazione –Trafilatura Semilavorato Oggetto finito

4 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile 2007 – Corsi ordinari IUSS Ceramici (e metalli altofondenti) Sintesi chimica => polveri con composizioni chimica e di fase desiderate Formatura, compattazione, densificazione => produzione di un oggetto compatto della forma desiderata (o prossima a questa) e (quasi) privo di porosità Sinterizzazione

5 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile 2007 – Corsi ordinari IUSS Sinterizzazione Polveri Preparazione di un green (liquido, legante, compattazione a freddo, …) di forma prossima a quella finale voluta Sinterizzazione: un processo ad alta temperatura (inferiore al punto di fusione) in cui avvengono fenomeni quali: –aumento delle dimensioni dei grani –variazione nella forma dei pori –variazione nel numero e nella dimensione dei pori Talora la sinterizzazione viene realizzata contemporaneamente alla sintesi chimica

6 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile 2007 – Corsi ordinari IUSS Sinterizzazione – 1: Crescita dei grani E un processo che avviene sempre nei solidi come conseguenza dellinnalzamento della temperatura. La driving force è la variazione di energia associata allaumento di dimensione dei grani che a sua volta deriva dalla diminuzione dellestensione delle superfici di contatto ed è controllato dalla loro curvatura.

7 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile 2007 – Corsi ordinari IUSS Le frequenze di salto nelle due direzioni non sono uguali Il grain boundary quindi si muove verso il suo centro di curvatura. In un reticolo tridimensionale di grain boundaries aventi tutti la stessa energia gli angoli di contatto sarebbero tutti di 120°. Sinterizzazione – 1: Crescita dei grani

8 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile 2007 – Corsi ordinari IUSS Sinterizzazione – 2: Densificazione E il processo che porta al compattamento di aggregati di polveri Vari meccanismi: –Evaporazione/condensazione –Diffusione superficiale –Diffusione di bulk –In fase liquida

9 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile 2007 – Corsi ordinari IUSS Metodi innovativi di sinterizzazione Hot pressing SPS (Spark Plasma Sintering): molto più recente

10 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile 2007 – Corsi ordinari IUSS

11 Sintesi allo stato solido Viene generalmente condotta su miscele di polveri pressate e quindi appare come sinterizzazione reattiva Gli aspetti di base della reazione allo stato solido NON vengono studiati su miscele di polveri (troppo complesse da modellare) ma su sistemi ideali a geometria e morfologia controllate: tipicamente su interfacce planari tra monocristalli o compresse sinterizzate di polveri dei reagenti

12 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile 2007 – Corsi ordinari IUSS Sintesi allo stato solido Es.: Meccanismi di sintesi di ossidi AB 2 O 4

13 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile 2007 – Corsi ordinari IUSS Preparazione di polveri

14 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile 2007 – Corsi ordinari IUSS METODO SOL-GEL Esempio: preparazione di fibre ottiche di silice.

15 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile 2007 – Corsi ordinari IUSS Combustion synthesis Esempi: Ti (s) + C (s) TiC (s) 2Ti(s) + N 2 (g) 2 TiN(s) 2NiO + Zr 2Ni + ZrO 2

16 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile 2007 – Corsi ordinari IUSS Preparazione di monocristalli Metodo Czochralski

17 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile 2007 – Corsi ordinari IUSS Preparazione di monocristalli Forno a immagine Es: (ossidi di zirconio, magnesio, calcio, nitruri, boruri,ecc.)

18 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile 2007 – Corsi ordinari IUSS Preparazione di monocristalli Metodo Stockbarger Metodo Bridgman Metodo Zone melting

19 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile 2007 – Corsi ordinari IUSS Preparazione di monocristalli Metodo Verneuil Es.: ossidi con temperature di fusione superiori a 1800°C (zaffiri, rubini, spinelli…)

20 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile 2007 – Corsi ordinari IUSS Preparazione di piccoli monocristalli Metodo del trasporto Esempio : preparazione di cristalli di magnetite Fe 3 O 4 : Fe 3 O 4 (s) + 8 HCl(g) = FeCl 2 (g) + 2FeCl 3 (g) + 4 H 2 O (T 2 = 1270°C, T 1 = 1020°C)


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