TecMat: Chimica Applicata all’Ambiente e Tecnologia dei Materiali Obiettivo del Corso... Introdurre i concetti fondamentali di TecMat Imparerete a conoscere: • la struttura dei materiali • come la struttura determina le proprietà • come le tecnologie di processazione possano modificare la struttura Questo Corso vi aiuterà: • ad usare i materiali in maniera appropriata • realizzare nuove opportunità di progettazione con i materiali a

LEZIONI Docenti: Prof. Ing. Andrea Lazzeri : Dott.ssa Maria-Beatrice Coltelli Orario: Mercoledì 08:30 – 10:30 A28 Venerdì 15:30 – 18:30 A13 b

UFFICIO Contatti: • stanza 307 • telefono: 050 2217807 Dipartimento di Ingegneria Civile ed Industriale Sezione Ingegneria Chimica e dei Materiali Contatti: • stanza 307 • telefono: 050 2217807 • email: a.lazzeri@ing.unipi.it e

TESTI Testi consigliato: Altri testi: • Scienza e Tecnologia dei Materiali - W.F. Smith, J. Hashemi, 4a ed., McGraw-Hill - 2012 • Il calcestruzzo. Materiali e Tecnologia - V.A. Rossetti, 3a ed. McGraw-Hill - 2007 Altri testi: • dispense dei docenti f

ESAME FINALE L’esame finale è scritto e orale La prova prevede esercizi e domande di teoria. L’esame scritto non prevede consultazione di libri, appunti o altro materiale relativo al programma del corso. Il tempo a disposizione per la prova è di 3 ore. Verrà valutato un punteggio parziale per risposte numericamente errate ma supportate da un ragionamento corretto. Il punteggio assegnato alle domande ed esercizi è riportato in fondo al testo. Per l’ammissione all’esame orale occorre ottenere un punteggio pari o superiore a 18, così distribuito: almeno 12 punti nella parte numerica (esercizi) ed almeno 6 in quella teorica (quesiti a risposta aperta e chiusa). g

Approccio verso i materiali l’ingegnere progettista usa tradizionali modificati ai i materiali (tradizionali, modificati, nuovi) per progettare e creare nuovi prodotti e nuove strutture. Ingegneri meccanici → materiali per alte temperature in grado di far lavorare motori a più alte temperature, per innalzare il rendimento termico. Ingegneri elettronici → materiali per dispositivi più veloci, in grado di trasmettere o immagazzinare una maggiore quantità di dati e anche capaci di resistere a più elevate temperature. Ingegneri aerospaziali → miglioramento del rapporto resistenza/peso. Ingegneri chimici → materiali più resistenti alla corrosione. Ingegneri civili/edili → materiali con proprietà strutturali e funzionali (materiali intelligenti), materiali più resistenti alla corrosione, con un migliore rapporto resistenza/peso, migliore durabilità del calcestruzzo. g

Criteri di progettazione Scelta di un materiale non può prescindere da tecnologia in uso, impatto ambientale, costo ed estetica Criteri di scelta si fondano su proprietà dei materiali, relazioni tra struttura e proprietà. Tecnologie e metodi di lavorazione. g

Costo dei materiali Costo dei materiali deve essere proporzionato al livello tecnologico dell’applicazione Il costo dei materiali dipende da: Domanda offerta Costo dell’energia Purezza e qualità Relazione costo/prestazione Alligazione Disponibilità delle risorse Dipendenza da paesi fornitori g

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Figura 1.17 – Tendenze future nell’uso dei materiali Materiali metallici -nuove leghe: a base di Ni per alte temperature, leggere per aeronautica; -nuove nuove tecnologie di produzione: pressatura tecnologie di produzione: pressatura isostatica, monocristalli, crescita monodirezionale, solidificazione rapida. Materie plastiche -riduzione del tasso di crescita dei consumi per le plastiche comuni; -sviluppo delle plastiche strutturali e delle leghe polimeriche - sviluppo delle plastiche biodegradabili Materiali ceramici -riduzione del tasso di crescita dei consumi di ceramici tradizionali; -forte sviluppo dei ceramici avanzati, sia per impieghi strutturali che funzionali. Materiali compositi -forte tasso di crescita per i compositi a matrice polimerica specialmente nel settore aeronautico; - progressiva introduzione nel mercato di compositi a matrice metallica e ceramica

CAPITOLO 1: SCIENZA E INGEGNERIA DEI MATERIALI I materiali sono... Strutture ingegnerizzate...non scatole nere! La struttura...ha molte dimensioni... Caratteristiche strutturali Dimensioni (m) -10 Legame atomico < 10 -10 Atomi vacanti/extra 10 Cristalli (atomi ordinati) -8 -1 10 -10 Particelle di fase secondaria -8 -4 10 -10 Tessitura cristallina -6 > 10 1

Struttura, Tecnologie di lavorazione, e Proprietà • Le proprietà dipendono dalla struttura Es.: la durezza vs la struttura dell’acciaiol Durezza (BHN) • Le tecnologie di lavorazione possono modificare la struttura Es: la struttura vs la velocità di raffreddamento dell’acciaio 2

Il Processo di Selezione dei Materiali Si determinano le Proprietà richieste 1. Definita l’Applicazione Proprietà: meccaniche, elettriche, termiche, magnetic, optical, deteriorative. 2. Proprietà Si identificano i Materiali candidati Materiali: struttura, composizione. Si identificano le Tecnologie di lavorazione richieste 3. Materiali Tecnologie di lavorazione: cambiano la struttura e la forma Es: colata, sinterizzazione, deposizione da fase vapore, dopaggio, forgiatura, saldatura, ricottura. 3

PROPRIETA’ ELETTRICHE • Resistività Elettrica del Rame: • Aggiungendo atomi di “impurezze” al Cu aumenta la resistività. • Deformando il Cu aumenta la resistività. 4

PROPRIETA’ TERMICHE • Piastrelle Space Shuttle: • Conduttività Termica --L’isolamento con fibre di Silice permette una bassa conduzione termica. • Conduttività Termica del Rame: --Diminuisce aggiungendo zinco! 5

PROPRIETA’ MAGNETICHE • Immagazzinamento Magnetico --Il mezzo di registrazione è magnetizzato dalla testa di registrazione. • Permeabilità magnetica vs. Composizione: --Aggiungendo 3% di Si atomico si rende il Fe un materiale per registrazione migliore! 6

PROPRIETA’ OTTICHE • Trasmittanza: --L’ossido di alluminio (allumina) può essere transparente, traslucido, o opaco secondo la struttura del materiale. Materiale policristallino: bassa porosità Materiale policristallino: alta porosità cristallo singolo 7

RESISTENZA ALLA CORROSIONE E AL DETERIORIORAMENTO • Le sollecitazioni meccaniche e le acque saline... --causano fessurazioni! • Il trattamento termico: rallenta la velocità di propagazione di fessure in acque saline! 4mm --materiale: ”lega” di Al 7150-T651 (Zn,Cu,Mg,Zr)

SOMMARIO Gli scopi del corso: • Usare il materiale adatto allo scopo. • Capire le relazioni tra proprietà, struttura, e tecnologie di lavorazione. • Riconoscere le nuove opportunità di progettazione offerte dalla selezione dei materiali. 9