Capacità di assorbire una deformazione plastica senza rompersi:

alta=duttile (es. oro)

bassa=fragile (es. vetro)

E’ dipendente dalla temperatura:capacità di riposizionamento di difetti ed atomi

(diffusione atomica) dipendono esponenzialmente dalla temperatura

RESILIENZA = Capacita’ di

assorbire energia

Materiali per l’ottica

Durezza

vetri

PMMA • Prove semplici e poco costose

• Non distruttive

• Altre proprieta’ possono essere

dedotte dalla durezza

Materiali per l’ottica

Durezza

Misura la resistenza di un materiale ad essere inciso (deformazione plastica) da un

piccolo incisore/penetratore di materiale diverso. Si ha quindi una definizione di scale comparative o semiquantitative che dipendono dalla

tecnica standard di misurazione (Mohs, Rockwell, Vickers..etc)

2

*854.1

id

pesoHV più larga l’impronta meno

duro il materiale 22

*2

dDDD

pesoHB

Materiali per l’ottica

Proprietà a trazione: duttilità e fragilità

0

0

0100)50(

l

llmmlA F

Viene quantificato come la percentuale di allungamento alla quale si osserva la

frattura su un campione standard (50 mm)

Materiale Snervamento

(MPa) Carico

rottura (MPa) Duttilità (%)

Acciaio 300 700 18

Oro 110 130 45

Vetro Si rompe

prima 70 0

PMMA 45 55 4

Materiali per l’ottica

Proprietà a trazione: la frattura

Cosa avviene quando eccediamo il carico di rottura di un materiale? Il materiale si separa in due pezzi distinti: la frattura. Una prima fissura iniziale (cricca) si

propaga al resto del materiale fino alla sua completa separazione in due parti. Questa può

avvenire in due modi alternativi:

Frattura duttile: il materiale si deforma plasticamente assorbendo una grande quantità di

energia prima della rottura. Cricca che si propaga lentamente e che cessa il suo moto se il

carico non viene aumentato. (p.e. filo d’oro)

Frattura fragile: scarsa o nulla deformazione plastica prima della rottura, basso

assorbimento di energia. Propagazione della cricca rapida e catastrofica, ovvero, prosegue

senza aumentare il carico. (p.e. vetro)

Materiali per l’ottica

La frattura nei materiali ceramici (es. Vetro)

Quasi tutti i ceramici sono soggetti a frattura fragile, che può essere innescata o

velocizzata dalla presenza di micro cricche e difetti nel materiale (p.es. micro bolle

nel processo di fusione del vetro per lenti)

aYK

La resistenza alla frattura viene

quantificata dalla tenacità a frattura

Dove

Y= parametro che dipende dalla

geometria del campione e della cricca

= sollecitazione applicata

a=lunghezza della cricca

Se K>K0 del materiale (campione

standard) si ha la frattura

Materiali per l’ottica

La frattura nei materiali ceramici (es. Vetro)

Regione rugosa: dovuta alla biforcazione della cricca originaria

Regione a striature: rugosità microscopica allineata con la sorgente della cricca

Una volta nucleata, una cricca si propaga accelerando fino a raggiungere una velocità

limite (circa metà velocità del suono) oltre la quale comincia a biforcarsi. In una

frattura su vetro si possono riconoscere le seguenti regioni, concentriche al punto di

iniziazione della cricca (urto).

Regione a specchio: vicina alla nucleazione, create durante l’accelerazione della cricca. Tanto

maggiore è la sollecitazione tanto più piccola la regione a specchio

2

1

mr

Materiali per l’ottica

Classificazione dei materiali: rigidezza (E)

Materiali per l’ottica

Classificazione dei materiali: carico di rottura

Materiali per l’ottica

Classificazione dei materiali: fragilità

Materiali per l’ottica

Classificazione dei materiali: densità

Materiali a memoria di forma

Ampia classe di leghe metalliche, scoperte abbastanza recentemente, che

hanno come caratteristica principale quella di essere in grado di

recuperare una forma macroscopica preimpostata per effetto del semplice

cambiamento della temperatura o dello stato di sollecitazione applicato,

sono cioè capaci di subire trasformazioni cristallografiche reversibili, in

funzione dello stato tensionale e termico.

Quando una lega a memoria di forma (SMA) è sotto la sua temperatura di

trasformazione può essere deformata abbastanza facilmente a causa del

suo basso; se riscaldiamo però il materiale sopra la temperatura di

trasformazione, subentra un cambio nella struttura cristallina che causa il

ritorno alla forma originaria e sviluppa una forza notevole. In particolare, le

SMA subiscono una trasformazione di fase cristallina quando vengono

portate dalla loro configurazione più rigida ad alta temperatura (austenite),

alla configurazione a più bassa energia e temperatura (martensite). Tale

trasformazione è appunto la causa prima delle qualità peculiari di queste

leghe.

NITINOL lega nickel-titanio

Polimorfismo tra austenite e martensite

Austenite cubica a corpo centrato alte T

Martensite geminata basse T

La trasformazione avviene abbassando T, con spostamento ordinato di un

gran numero di atomi

Polimorfismo tra austenite e martensite

Austenite cubica a corpo centrato alte T

Martensite geminata basse T

La trasformazione avviene abbassando T, con spostamento ordinato di un

gran numero di atomi

Gli atomi sui piani geminati tendono a scorrere facilmente, se sottoposti a

uno sforzo. La deformazione e’ detta termoelastica.

Per far memorizzare la forma bisogna tenere il materiale ad alta T per

tempi lunghi

Austenite austenite

T T

Martensite martensite deformata

Cap.10, 6,1