Introduzione alla scienza e tecnologia dei materiali Capitolo 1 Introduzione alla scienza e tecnologia dei materiali

Figura 1.1. L’immagine dell’aereo civile da trasporto ad alta velocità (HSCT) mostra l’Hyper-X Mach 7 con funzionamento a motore. Gli anelli indicano la velocità di flusso in superficie

Figura 1.2 Primi stadi della costruzione della Stazione Spaziale Internazionale

Figura 1. 3 - Spettro della conoscenza dei materiali Figura 1.3 - Spettro della conoscenza dei materiali. L’uso della conoscenza dei materiali, derivante dalla scienza dei materiali e dalla tecnologia dei materiali, consente ai progettisti di convertire i materiali nei prodotti richiesti dalla società

Figura 1. 4 Spettro della conoscenza dei materiali Figura 1.4 Spettro della conoscenza dei materiali. L’uso della conoscenza dei materiali derivante dalla scienza dei materiali e dalla tecnologia dei materiali consente ai progettisti di convertire i materiali nei prodotti richiesti dalla società

Figura 1.5 Il motore a turbina per aereo raffigurato è realizzato principalmente con leghe metalliche, come le superleghe di nichel ad alta resistenza meccanica, in grado di resistere alle più alte temperature. Questo tipo di motore presenta molti vantaggi apportati da comprate tecnologie per migliorare le prestazioni operative e la durabilità, come le palette della turbina, realizzate con materiali monocristallini di seconda generazione, dischi ottenuti mediante metallurgia delle polveri e un migliore controllo elettronico digitale

Figura 1. 6 Sezione del motore a turbina a gas PW 4000 (284 Figura 1.6 Sezione del motore a turbina a gas PW 4000 (284.48 cm) che mostra la sezione della ventola a derivazione.

Figura 1.7 I produttori di materie plastiche stanno sviluppando policarbonato di gradi ultrapuri, ad alto flusso per dischi video digitali.

Figura 1. 8 a) Esempi di nuovi materiali ceramici avanzati Figura 1.8 a) Esempi di nuovi materiali ceramici avanzati. I pezzi neri sono valvole per motori, inserti di battuta di valvole e perni di pistoni realizzati con nitruro di silicio; il pezzo bianco è un collettore ceramico in allumina. b) Potenziali applicazioni di componenti ceramici in un motore turbodiesel.

Figura 1.9 Cuscinetti a palla in materiale ceramico ad alta prestazione e guide di scorrimento realizzate in titanio e nitruro di carbonio come materiale di base mediante la metallurgia delle polveri.

Figura 1.10 I moderni microprocessori hanno un alto numero di uscite, come evidenziato in questa immagine del microprocessore Pentium II Intel.

Figura 1.11 I robot computerizzati saldano un veicolo GM del 1994 in Shreveport, LA.

Figura 1.12 - Competizione tra i sei principali materiali prodotti negli Stati Uniti, in termini di peso. È evidente il rapido aumento della produzione di alluminio e di polimeri (materie plastiche)

Figura 1.13 - Ripartizione percentuale in peso dei principali materiali usati in un’automobile prodotta negli Stati Uniti nel 1997

Figura 1.14 Previsioni relative all’impiego dei materiali nelle automobili prodotte negli Stati Uniti.

Figura 1.15 Confronto dei costi storici e previsti dei tecnopolimeri rispetto ad alcuni materiali metallici, nel periodo dal 1970 al 1990; è previsto che o tecnopolimeri restino competitivi rispetto agli acciai laminati a freddo e ad altri metalli.

Figura 1.16 Vista d’insieme dell’ampia gamma di parti in materiale composito utilizzati nell’aereo da trasporto C-17 della Air Force. Questo aeroplano ha un apertura alare di circa 50 m e utilizzerà 6800 kg di compositi di nuova generazione.

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