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

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

Materiali metallici Oggetto finito Semilavorato Oggetto finito Riduzione di ossidi, solfuri,… Fuso Colata in lingottiera Oggetto finito Lavorazione per deformazione plastica Laminazione Trafilatura Semilavorato Oggetto finito 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 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 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 dell’innalzamento della temperatura. La driving force è la variazione di energia associata all’aumento di dimensione dei grani che a sua volta deriva dalla diminuzione dell’estensione delle superfici di contatto ed è controllato dalla loro curvatura. Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile 2007 – Corsi ordinari IUSS

Sinterizzazione – 1: Crescita dei grani 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°. 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 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 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile 2007 – Corsi ordinari IUSS

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

Sintesi allo stato solido Es.: Meccanismi di sintesi di ossidi AB2O4 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile 2007 – Corsi ordinari IUSS

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

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

Combustion synthesis Esempi: Ti (s) + C (s) → TiC (s) 2Ti(s) + N2(g) → 2 TiN(s) 2NiO + Zr → 2Ni + ZrO2 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile 2007 – Corsi ordinari IUSS

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

Preparazione di monocristalli Metodo Stockbarger Metodo Bridgman Metodo “Zone melting 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…) 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 Fe3O4: Fe3O4 (s) + 8 HCl(g) = FeCl2(g) + 2FeCl3(g) + 4 H2O (T2= 1270°C, T1 = 1020°C) Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile 2007 – Corsi ordinari IUSS