Corso di Tecnologia dei Materiali ed Elementi di Chimica

Docente: Dr. Giorgio Pia

La Scienza dei Materiali

Origine… da dove nasce l’arte?

Rosso

Bianco

Verde

W. Smith, J. Hashemi, Scienza e tecnologia dei materiali, 4ed – © McGraw-Hill Education (Italy) srl

Grigio

Rosso Nero

Marrone

Blu

Verde

Rosso

Arancione

Giallo

Viola

Giallo

Il Confine… Cosa ci limita?

I Materiali… Cosa sono e perché studiarli?

I MaterialiCosa sono?

I materiali possono essere definiti come sostanze dalle quali ogni cosa è composta o fatta

Otteniamo materiali dalla crosta terrestre e dall’atmosfera

Esempi:Silicio e Ferro costituiscono rispettivamente il 27.72 ed il 5.00 % in peso della crosta terrestre.

Azoto e Ossigeno costituiscono rispettivamente il 78.08 ed il 20.95 % in volume dell’aria secca.

I MaterialiPerché studiarli?

La produzione e la lavorazione dei materiali costituiscono una parte molto importante della nostra economia.

Gli ingegneri scelgono i materiali adeguati per un progetto.

Occorrono nuovi materiali per alcune nuove applicazioni.

I MaterialiPerché studiarli?

La scienza dei materiali riguarda la conoscenza di base della struttura interna, delle proprietà e delle lavorazioni dei materiali

La tecnologia dei materiali riguarda l’applicazione della conoscenza ottenuta dalla scienza dei materiali per convertire i materiali in prodotti

Conoscenze risultanti

della struttura e delle proprietà

Conoscenze applicate dei

materiali

Scienza dei MaterialiScienza e Tecnologia

dei Materiali Tecnologia dei Materiali

Conoscenze di base dei materiali

I Materiali

Materiali Metallici

Composti da uno o più elementi metallici Esempi: Ferro, Rame, Alluminio.

Un elemento metallico può combinarsi con elementi non metallici

Esempi: Carburo di Silicio, Ossido di Ferro

Inorganici, hanno struttura cristallina

Buoni conduttori termici ed elettrici.

Metalli e Leghe

Ferrosi Es.: Acciaio,Ghisa

Non ferrosiEs.: Rame,Alluminio

I Materiali

Materiali polimerici (plastiche)Molecole organiche per lo più non cristalline

Alcuni sono compositi da regioni cristalline e non cristalline

Scarsi conduttori elettrici, quindi utilizzati come isolanti

Resistenza meccanica e duttilità variano moltissimo

Basse densità e temperature di decomposizione

Esempi: Polivinil Cloruro (PVC),Poliesteri

Applicazioni: Dispositivi, DVD,Tessuti, etc.

I Materiali

Materiali CeramiciElementi metallici e non metallici sono legati insieme chimicamente.

Inorganici, ma possono essere cristallini, non cristallini o semicristallini.

Elevata durezza, resistenza meccanica e resistenza all’usura.

Isolanti molto buoni. Utilizzati per rivestimenti di forni per trattamenti termici e fusione di metalli.

Usati anche per lo Space Shuttle per isolarlo durante l’uscita e il rientro in atmosfera.

Altre applicazioni: abrasivi, materiali da costruzione, utensili, etc.

Esempi: Porcellana, Vetri, Nitruro di silicio.

I Materiali

Materiali compositi

Miscela di due o più materiali

Formati da due materiali (riempimento e matrice)

Materiali legati, non si miscelano l’uno con l’altro

Principalmente due tipologie:

Fibroso: fibre in una matrice;

Particolato: particelle in una matrice.

La matrice può essere metallica, ceramica o polimerica

Esempi:

Fibre di Vetro (materiale da rinforzo in una matrice di poliestere o resina epossidica)

Calcestruzzo (ghiaia o barre di acciaio rinforzate in cemento e sabbia)

Applicazioni: Ali e motori di aerei,costruzioni

I Materiali

Materiali per l’elettronica

Non elevati per volume, ma molto importanti

Il silicio è un comune materiale per l’elettronica

Le sue caratteristiche elettriche sono variate aggiungendo impurezze

Esempi: chip in silicio, transistor

Applicazioni: computer, circuitiintegrati, satelliti, etc.

I MaterialiConcorrenza…

I materiali competono tra loro per essere presenti in nuovi mercati.

Su un periodo di tempo, l’impiego di differenti materiali varia a seconda del

costo e delle prestazioni.

Materiali nuovi, più economici o migliori sostituiscono i vecchi materiali quando

c’è una svolta nella tecnologia.

Esempio

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200

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1985 1992 1997

Anno del modello

Alluminio

Ferro

Mat. Plastiche

Acciaio

Previsioni e utilizzo deimateriali per auto in USA

I Materiali: avanzamenti recenti e tendenze future

Materiali intelligenti

Reagiscono a stimoli ambientali

Cambiano le loro proprietà quando soggetti a uno stimolo esterno

Esempi: leghe a memoria di forma – usati per stent arteriosi

Sistemi microelettromeccanici (MEMS)

I Materiali: avanzamenti recenti e tendenze future

Nanomateriali

Dimensioni minori a 100 nm

Materiali con proprietà speciali

Molto duri e resistenti

Ricerca in corso

Esempi: plastiche rinforzate con nanofibre di carbonio (molto leggere, ma forti come i metalli)

I Materiali: avanzamenti recenti e tendenze future

Problema: selezionare il materiale adeguatoper il telaio e le forcelle di una bicicletta

Acciaio e leghe

Legno

Plasticarinforzata con

fibre di carbonio(CFRP)

Leghe dialluminio

Leghe diTi e Mg

Basso costo, ma pesante. Bassaresistenza alla

corrosione

Leggero e resistente.

Non può esseremodellato

Molto leggera e resistente. Non

corrodibile.Molto costosa

Leggere, abbastanza resistenti.

Resistenti acorrosione. Costose

Leggermente meglio delleleghe Al. Più

costose

Costo importante? Selezionare acciaioProprietà importanti? Selezionare CFRP

Chi è l’ingegnere?

Chi è l’architetto?

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1767 da un teologo di Ratisbona, Jacob Christian Schäffer.

Una lavatrice della marca Constructa degli anni cinquanta.

La lavatrice oggi…

\

I Materiali… Ma non dimenticate il resto…

I Materiali: arte, fantasia e funzione… Ma non dimenticate il resto…

I Materiali: arte, fantasia e funzione… Ma non dimenticate il resto…

Organizzazione del corsoIl programma

Corso di Tecnologia dei Materiali e Chimica ApplicataNote sul Corso

Il corso intende offrire una piena consapevolezza dell’importanza

della Scienza e Tecnologia dei Materiali nella professione dell’Ingegnere.

Sottovalutare questa disciplina è possibile…… Anche ragionare è facoltativo!

Il saper progettare non è solo comprendere la distribuzione degli spazi e delle forme,

ma anche trasformare un’idea in materia, in realtà.

Il materiale è ciò che vi assicura che la vostra opera potrà essere creata, usata, capita epotrà durare nel tempo!

Corso di Tecnologia dei Materiali e Chimica ApplicataIl Programma

Struttura e legame degli atomi

Struttura cristallina e amorfa

Solidificazione e imperfezioni cristalline

Processi attivati termicamente

Diffusione nei solidi

Proprietà meccaniche dei metalli

Diagrammi di stato

I materiali metallici

I materiali leganti

I materiali ceramici e i vetri

I Materiali polimerici e compositi

Il degrado dei materiali

I Materiali Naturali e la Sostenibilità

Corso di Tecnologia dei Materiali e Chimica ApplicataIl Programma

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Struttura eproprietà

Metalli Leganti Ceramici evetri

Polimeri ecompositi

Materialinaturali

Degrado deimateriali

Sostenibilità

Ore

Corso di Tecnologia dei Materiali e Chimica ApplicataI libri di testo

Smith W.F. “Scienza e Tecnologia dei Materiali”, The McGraw-Hill Companies, 2012.

Corso di Tecnologia dei Materiali e Chimica ApplicataI libri di testo

Callister W.D. “Scienza e Ingegneria dei Materiali”, Edises, 2012.

Corso di Tecnologia dei Materiali e Chimica ApplicataI libri di testo

Atzeni C., Pia G., Sanna U. “I Materiali dell’Edilizia Storica. Storia, Tecnologia, Applicazioni”, Aracne editrice, 2010.

Corso di Tecnologia dei Materiali e Chimica ApplicataI libri di testo

Bertolini L.“Materiali da costruzione”, I e II, CittàStudi edizioni, Milano

Corso di Tecnologia dei Materiali e Chimica ApplicataL’esame

8 Giugno – 30 Settembre

La prova finale sarà una verifica orale sui contenuti del corso.

Scritti:

1° prova intermedia

2° prova intermedia

Per coloro che non supereranno le prove intermedie:

Compito intero e prova orale

Corso di Tecnologia dei Materiali e Chimica ApplicataFAQ

Si può sostenere l’esame senza aver superato la prova di Chimica?

Sì, tuttavia non si potrà prescindere dalle conoscenze di base richieste per il superamento di questo esame.

Posso contattare il docente per informazioni e chiarimenti?Sì, il docente può essere contattato:via mail giorgio.pia@dimcm.unica.it; via telefonica 070.675.5051;Attraverso la pagina facebook: Corso di Tecnologia dei Materiali e Chimica Applicata

Corso di Tecnologia dei Materiali e Chimica ApplicataFAQ

INIZIAMO….