1-2 S&T Mat 07-08 Introduzione

5/24/2018 1-2 S&T Mat 07-08 Introduzione

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Giulio Natta

Lez. 1-2

L.Lazzari - Scienza e Tecnologia dei Materiali (aa 07-08) 2

Introduzione

Testi di riferimento

D.R. Askeland, P.P.Phul, The Science and Engineering of

Materials, Thomson (2006)

W.D. Callister, Scienza e ingegneria dei materiali. Una

introduzione, EdiSES, Napoli (2007)

M.Ormellese, MP.Pedeferri, L.Lazzari, Esercitazioni di

Scienza e Tecnologia dei Materiali, CLUP, Milano (2005)


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Introduzione

Modalit desame

No. 2 Prove in itinere (obbligatorie)

eventuale verifica orale

recuperi (luglio e settembre)

appello (ultimo) febbraio 2009


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Ingegneri e Materiali

Ingegneria: attivit multidisciplinare per la

progettazione, funzionamento e gestione di impianti

Ingegnere: artefice dei processi che portano alla

produzione di prodotti e costruzione dei componenti

per gli impianti

Introduzione


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In ogni fase dei processi, lingegnere si imbatte nella

ingegneria dei materiali e nella scelta dei materiali

con cui devono essere costruiti gli impianti

Scopo di questo corso quello di fornire le nozioni

fondamentali e generali che permettono di

comprendere come si comportano i materiali equindi come sceglierli nelle applicazione industriali

in base alle condizioni operative (o di lavoro)

Introduzione


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Scelta ingegneristica dei materiali:

definire le propriet richieste e vedere quale

materiale le soddisfa al minor costo

Per minor costo non deve essere inteso il semplice

costo di acquisto di un componente,

ma

il costo del ciclo di vita (Life Cycle Cost) calcolato

con le tecniche insegnate nei corsi di economia e di

analisi decisionale

Introduzione


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Materia e Materiali

I materiali sono solidi impiegati per la fabbricazione

di oggetti

I materiali sono costituiti da materia. La materia

costituita da atomi o da molecole che possono

assumere diversi stati di aggregazione: gassosa,liquida e solida

Il nostro interesse verter esclusivamente sui solidi


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Materia e Materiali

Per propriet di un materiale si intende il tipo di

risposta che fornisce quando sottoposto a una delle

sotto elencate sei sollecitazioni che definiscono

anche altrettante importanti propriet dei materiali:

- meccaniche

- elettriche

- termiche

- magnetiche

- ottiche

- durabilit


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Materia e Materiali

PietraLegno

BronzoFerro GhisaAcciaio

Alluminio

Titanio

Compositi

Fibre aramidicheFibre di Carbonio

50

100

R

Anni 1800 20001900


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Materia e Materiali

2003Brooks/ColePublishing/Thomson

Learning

2003Brooks/ColePublishing/Thomson

Learning


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Materia e Materiali


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2003Brooks/C

olePublishing/ThomsonLearning

2003Brooks/C

olePublishing/ThomsonLearning

Materia e Materiali


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Materia e Materiali

CeramiciMetalli Polimeri

Diamante

Grafite

Calcestruzzo

Vetro

PE non orientatoPA

Epossidiche

PS

Legno, gomma

Cu, Ag

Al, W

Zn

Fe

Cr

Pb, Ni, acciaio

Condu

cibilittermica(

Wm-1K-1)

10-1

1

10

102

103

104


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Materia e Materiali

10-5

10-6

10-4

10-3

10-2

10

-1

100

101

102

103

Condu

cibilittermica(

Wm-1K-1)

Vetri e

ceramiche

Schiume, polveri

e fibre

Polveri

opache

Isolamento

multistrato

Solidi cristalliniomogenei

Schiuma di

Vetro e diceramica Polimeri

Polveri

Fibre di vetro

Sistemi sottovuoto


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Materia e Materiali

Propriet Metalli Ceramici Polimeri Compositi

Meccaniche ***** *** ** ****

Elettriche ****** * * *

Isolanti * **** *** ***Termiche **** * * *

Durevolezza ** **** **** ***


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Materia e Materiali

Propriet indipendentidalla microstruttura

Propriet dipendentidalla microstruttura

DensitModulo di elasticitConducibilit termica

Coefficiente di espansioneTemperatura di fusioneTemperatura di transizione

vetrosa (per i polimeri)Corrosione generalizzataCosto (!?)

Carico di rotturaDuttilitTenacit

ResilienzaDurezzaFatica e Corrosione-Fatica

CreepCosto

M i M i li


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Scienza e tecnologia dei materiali

Legame tra struttura, propriet e applicazioni deimateriali

La struttura pu essere osservata a livello:

atomico o molecolare

microscopico (singole fasi o costituenti)

macroscopico (ad es. a occhio nudo)

Materia e Materiali


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Macrostruttura

Scala minima =

minimo volume dimateriale che

consente di

descrivere l'interosistema


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Mi t tt


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Microstruttura

Livello di dettaglio per

cui si possano

individuare le singole

fasi o particelle che

costituiscono il

materiale e che

interagiscono per

realizzare ilcomportamento del

materiale nel suo

insieme


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Materia e Materiali


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Materia e Materiali

aA

r

AF =

bR

r

BF =

Attrazione

Repulsione

distanza interatomica

Forza di

Forza di

or

Materia e Materiali


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Materia e Materiali

aA

r

AF =

bR

r

BF =

Tipo di legame A a B b Forza di legame

(kJ.mol-1)

Ionicoo

221

4

qZZ

2 A 12 625-1550

Covalente - - 520-1250

Metallico 100-800

Van der Waals 6 12 < 40

Materia e Materiali


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Materia e Materiali

Attrazione

Repulsione


Forza di

Forza di

or

a

dFda

dFda

Legame forte

Legame debole

Materia e Materiali


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Materia e Materiali

( ) = x FdrxU

( )1

'

+=

bi

r

B

r

AUrU

Legame


Energia di

Ui

Materia e Materiali


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Materia e Materiali

Er

U

2

2

oTT

x

x

= 0

Materia e Materiali


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Materia e Materiali

oTT

x

x

= 0

Legame


Energia di

E

E

r

r

Legame Debole

Legame Forte

L 1 2Materia e Materiali


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Materia e Materiali

Er

U

2

2

Legame


Energia di

E

r

x

x

x

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