Sintesi e fabbricazione di materiali

Presentazione sul tema: "Sintesi e fabbricazione di materiali"— Transcript della presentazione:

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

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

3 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

4 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

5 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

6 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

7 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

8 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

9 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

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

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

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

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

15 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

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

17 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

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

19 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

20 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