É impossibile conoscere le proprietà di tutti i materiali, ma si devono conoscere i principi che governano i criteri per la scelta e l’applicazione di tutti materiali.

MATERIALI PER LMATERIALI PER L’’INGEGNERIAINGEGNERIA

••METALLI METALLI >>2000 !2000 !••CERAMICI CERAMICI >> 5000!5000!••POLIMERI POLIMERI >> 10000!10000!

PROPRIETÁ METALLI CERAMICI POLIMERIDensità (gr/cm3) 2-16 2-17 1-2Punto di fusione basso-alto alto bassoDurezza media alta bassaLavorabilità buona scarsa buonaRt (MPa) <2500 <400 <120Rc (MPa) <2500 <2500 <350Proprietà termiche medie medio-basse basseProprietà elettriche conduttori isolanti isolantiProprietà chimiche medio-basse eccellenti buone

COMPOSITICOMPOSITI

SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALISCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI

STRUTTURASTRUTTURA

PROPRIETPROPRIETÁÁ

COMPORTAMENTOCOMPORTAMENTO

LAVORAZIONELAVORAZIONE IMPIEGO IMPIEGO (o servizio)(o servizio)

SCIENZA DEI MATERIALISCIENZA DEI MATERIALI

TECNOLOGIA DEI MATERIALITECNOLOGIA DEI MATERIALI

INDAGINE DEI MATERIALI INDAGINE DEI MATERIALI

MicroscopiaMicroscopia elettronicaelettronica

Prove Prove empiricheempiriche

DiffrattometriaDiffrattometria aiai raggiraggi XX

STRUTTURA STRUTTURA ((atomicaatomica o o

molecolaremolecolare))

MicroscopiaMicroscopia elettronicaelettronica

MicroscopiaMicroscopia otticaottica MICROSTRUTTURA MICROSTRUTTURA ((presenzapresenza didi diverse diverse

fasifasi o o costituenticostituenti))

MACROSTRUTTURA MACROSTRUTTURA ((visibilevisibile a a occhioocchio nudonudo))

Esistono solidi cristallini costituiti Esistono solidi cristallini costituiti da da atomi atomi (diamante, grafite, silice, ecc.),(diamante, grafite, silice, ecc.),

da da ioniioni (es. cloruro di sodio, costituito da ioni (es. cloruro di sodio, costituito da ioni NaNa++ e Cle Cl--) ) o da o da molecolemolecole (ghiaccio). (ghiaccio).

Nel primo caso (Nel primo caso (solidi reticolari solidi reticolari oo covalenticovalenti) ) i nodi reticolari sono occupati da atomi (uguali o diversi) i nodi reticolari sono occupati da atomi (uguali o diversi)

legati tra loro da legati tra loro da legami covalentilegami covalenti; ; poichpoichéé i valori delle energie di tali legami sono di norma i valori delle energie di tali legami sono di norma

assai elevati, in questa classe si trovano sostanze assai elevati, in questa classe si trovano sostanze con elevatissime temperature di fusione, con elevatissime temperature di fusione,

dure, rigide e fragili,dure, rigide e fragili,con notevoli proprietcon notevoli proprietàà isolanti (sia termiche che elettriche), isolanti (sia termiche che elettriche),

perchperchéé gli elettroni, tutti impegnati nei legami covalenti, gli elettroni, tutti impegnati nei legami covalenti, non sono mobili entro il cristallo.non sono mobili entro il cristallo.

RICHIAMI DI CHIMICARICHIAMI DI CHIMICA (sono gli elettroni di valenza che (sono gli elettroni di valenza che formano i legami per raggiungere la formano i legami per raggiungere la masssimamasssima stabilitastabilita’’ chimica di 8 chimica di 8

elettroni)elettroni)LEGAME COVALENTELEGAME COVALENTE: : èè costituito da una coppia di elettroni messa costituito da una coppia di elettroni messa in compartecipazione tra due atomi, in compartecipazione tra due atomi, èè un legame forte e direzionale;un legame forte e direzionale;LEGAME IONICOLEGAME IONICO: attrazione che si stabilisce per effetto delle cariche : attrazione che si stabilisce per effetto delle cariche opposte di cationi ed anioni (elettroni di valenza ceduti da un opposte di cationi ed anioni (elettroni di valenza ceduti da un atomo atomo ad un altro), ad un altro), èè un legame un legame adirezionaleadirezionale;;(in realt(in realtàà nessun composto nessun composto èè puramente ionico o covalente)puramente ionico o covalente)LEGAME METALLICOLEGAME METALLICO: : èè costituito da una nuvola elettronica in cui costituito da una nuvola elettronica in cui sono immersi i cationi in posizione reticolare, sono immersi i cationi in posizione reticolare, èè un legame un legame adirezionaleadirezionale;;LEGAME A IDROGENOLEGAME A IDROGENO: : èè un legame costituito da un atomo di un legame costituito da un atomo di idrogeno che si pone a ponte tra due atomi fortemente elettronegidrogeno che si pone a ponte tra due atomi fortemente elettronegativi ativi (N, O (N, O ……););LEGAME DIPOLARELEGAME DIPOLARE: attrazione tra i dipoli elettrici di molecole polari : attrazione tra i dipoli elettrici di molecole polari (interazione tra cariche parziali), i dipoli possono anche esser(interazione tra cariche parziali), i dipoli possono anche essere e istantanei per effetto di fluttuazioni degli elettroniistantanei per effetto di fluttuazioni degli elettroni allall’’interno della interno della molecola.molecola.

SOLIDI IONICI SOLIDI IONICI -- ProprietProprietàà

Legame forteLegame forte. Energia di coesione molto elevata (1000. Energia di coesione molto elevata (1000--4500 KJ/mol); poco volatili; 4500 KJ/mol); poco volatili; elevate T di fusione; duri rigidi e fragili; scarsa conducibilitelevate T di fusione; duri rigidi e fragili; scarsa conducibilitàà allo stato solido ma allo stato solido ma buoni conduttori allo stato fuso; elevata solubilitbuoni conduttori allo stato fuso; elevata solubilitàà in acquain acqua ((NaClNaCl))

LEGAME IONICO:LEGAME IONICO: Si forma tra elementi fortemente elettropositivi (metalli) ed elSi forma tra elementi fortemente elettropositivi (metalli) ed elementi ementi molto elettronegativi (non metalli),molto elettronegativi (non metalli), attrazione che si stabilisce per effetto delle cariche attrazione che si stabilisce per effetto delle cariche opposte di cationi ed anioni (elettroni di valenza ceduti da un opposte di cationi ed anioni (elettroni di valenza ceduti da un atomo ad un altro), atomo ad un altro), èè un un legame legame adirezionaleadirezionale, , non compattonon compatto per impedimento sterico e bilancio di caricaper impedimento sterico e bilancio di carica

U1

Diapositiva 7

U1 Gli elementi elettropositivi hanno natura metallica e liberano e- nelle reazioni producendo cationi. Gli elementi elettronegativi accettano e- nelle reazioni chimiche producendo ioni negativi o anioniUtente, 2/7/2006

SOLIDI IONICI SOLIDI IONICI –– NaClNaCl reticolo cristallinoreticolo cristallino

NaCl

Reticolo cubico a facce centrate

SOLIDI IONICISOLIDI IONICI

• forze elettrostatiche

p.to fusione abbastanza elevato

cattivi conduttori

altamente fragili

SOLIDI COVALENTI SOLIDI COVALENTI -- ProprietProprietàà

Legame forte (covalenti reticolari). Energia di coesione elevata; poco volatili; elevate T di fusione; duri e fragili; scarsa conducibilità elettrica; insolubili nei comuni solventi, legame direzionale.

C (diamante)

Reticolo cubico a facce centrate

SOLIDI COVALENTISOLIDI COVALENTI • legami ad elevata energiaelevato p.to fusione

notevoli prop. isolanti

elevata durezza

DIAMANTE

SILICE

SOLIDI COVALENTI MOLECOLARI SOLIDI COVALENTI MOLECOLARI --ProprietProprietàà

Nei solidi Nei solidi covalenti molecolaricovalenti molecolari spesso non si ha la tendenza a formare spesso non si ha la tendenza a formare reticoli cristallini, ma si formano molecole di piccole dimensioreticoli cristallini, ma si formano molecole di piccole dimensioni che ni che poi si uniscono tra loro mediante legami deboli (legami a idrogpoi si uniscono tra loro mediante legami deboli (legami a idrogeno, eno, legami dipolari o legami dipolari o di Van di Van derder WaalsWaals ) per dar luogo a strutture non ) per dar luogo a strutture non caratterizzate da un ordine ad ampio raggio (strutture semicristcaratterizzate da un ordine ad ampio raggio (strutture semicristalline o alline o amorfe, POLIMERI).amorfe, POLIMERI).Le deboli interazioni tra le molecole o gli atomi che costituiscLe deboli interazioni tra le molecole o gli atomi che costituiscono il reticolo; ono il reticolo; energia di coesione bassa, basse temperature di fusione, volatilenergia di coesione bassa, basse temperature di fusione, volatili (molti i (molti sublimano a P atmosferica); facilmente deformabili; isolanti elesublimano a P atmosferica); facilmente deformabili; isolanti elettrici; solubili ttrici; solubili in solventi che hanno caratteristiche di polaritin solventi che hanno caratteristiche di polaritàà simili.simili.

GHIACCIO

fragili

basso p.to fusione

• forze Van der Waals

Cattivi conduttori

Legame forte; energia di coesione elevata; poco volatili; elevate T di fusione; elevata densità; duttili e malleabili; sopportano notevoli deformazioni permanenti prima di giungere alla rottura (i piani reticolari possono slittare gli uni sugli altri); elevata conducibilità elettrica e termica; reticoli cristallini molto compatti

SOLIDI METALLICI SOLIDI METALLICI -- ProprietProprietàà

Nei Nei materiali metallicimateriali metallici gli atomi si dispongono secondo gli atomi si dispongono secondo reticoli cristallini compatti (massimo riempimento nello reticoli cristallini compatti (massimo riempimento nello spazio spazio →→ massima densitmassima densitàà), ),

Nei Nei metallimetalli gli atomi sono legati tra loro da gli atomi sono legati tra loro da legame metallicolegame metallico, non , non direzionale e con elettroni direzionale e con elettroni delocalizzatidelocalizzati; ; ciò consente di spostare gli elettroni con piccolissima ciò consente di spostare gli elettroni con piccolissima spesa di energia e quindi i metalli sono buoni conduttori spesa di energia e quindi i metalli sono buoni conduttori di elettricitdi elettricitàà e di calore e sono duttili.e di calore e sono duttili.

duttilità e malleabilità (legame non direzionale)

ottimi conduttori

p.to fusione variabile

• atomi metallici legati da e- di valenza SOLIDI METALLICISOLIDI METALLICI

Tutti i metalli• Conduttori anche allo stato solido• Lucentezza• Duttilità e malleabilità

Attrazioni tra il reticolo e la nube eletrronica

Ioni positivi ed elettroni

Metallico

C (diamante), SiO2

• Molto duri• Elevato p.to di fusione•Non conduttori

Legame covalente

Atomi (uguali o diversi tra loro)

Covalente reticolare

CO2, H2O• Bassa durezza• Basso p.to di fusione• Non conduttori

Forze intermolecolari (Van der Waals)

MolecoleCovalente molecolare

NaCl, CaCO3• Durezza• Elevato p.to di fusione e conduzione allo stato fuso ed in soluzione• Fragilità

Attrazioni elettrostatiche

Ioni positivi (+) e negativi (-)

Ionico

EsempiProprietàTipo di legameParticelle costituive

Tipo di solido

STATO SOLIDO:STATO SOLIDO:

-- SOLIDI CON STRUTTURA SOLIDI CON STRUTTURA ORDINATAORDINATA

-- SOLIDI AMORFISOLIDI AMORFI

STRUTTURA DEI SOLIDISTRUTTURA DEI SOLIDI

CRISTALLINACRISTALLINAordinataordinata a a livellolivello

molecolaremolecolare

AMORFAAMORFAdisordinatadisordinata

SEMICRISTALLINASEMICRISTALLINA

SOLIDI AMORFISOLIDI AMORFI ripetitività a corto raggio

unitàsubmacromolecolare

SiOSiO22poliedro di coordinazione

cella unitaria

La disposizione degli atomi e delle molecole non è ordinata a lungo raggio ma casuale (es: vetri)

Spesso anche le materie plastiche sono amorfe. Lo stato amorfo è detto metastabile poiché si può aver un riarrangiamento della struttura verso forme cristalline (energeticamente favorite). Tale processo è estremamente lento a causa della viscosità del sistema.

Un solido cristallino Un solido cristallino èè infatti formato dal infatti formato dal ripetersi sistematico nelle tre direzioni ripetersi sistematico nelle tre direzioni

di una medesima di una medesima unitunitàà fondamentale (fondamentale (cella elementarecella elementare), ),

che forma cosche forma cosìì un un reticolo spazialereticolo spaziale. . Le particelle che costituiscono il solido Le particelle che costituiscono il solido

si muovono con moto oscillatorio si muovono con moto oscillatorio attorno ad un punto (attorno ad un punto (nodo reticolarenodo reticolare))

che viene assunto come rappresentativo che viene assunto come rappresentativo della posizione della particella della posizione della particella

nel reticolo cristallino. nel reticolo cristallino.

SOLIDI CRISTALLINISOLIDI CRISTALLINI

SOLIDI AMORFISOLIDI AMORFI

unità ripetitiva

),,()c,b,a(γβα

non presentano un ordine ripetitivo

SISTEMA CRISTALLINO

U6

U7

Diapositiva 18

U6 Solidi cristallini: proprietà elettriche, ottiche e meccaniche sono diverse nelle tre direzioni. ANISOTROPIA. T fusione ben definita e netta variazione delle proprietà fisiche.Utente, 2/7/2006

U7 Solidi amorfi: proprietà elettriche, ottiche e meccaniche sono le stesse nelle tre direzioni. ISOTROPIA. T fusione non definita le proprietà fisiche cambiano gradualmente con la T.Utente, 2/7/2006

Se nello stato gassoso la distribuzione delle molecole Se nello stato gassoso la distribuzione delle molecole raggiunge il piraggiunge il piùù alto grado di disordine, nello stato solido alto grado di disordine, nello stato solido

cristallino la distribuzione delle particelle costitutive cristallino la distribuzione delle particelle costitutive realizza il massimo grado di ordine. realizza il massimo grado di ordine.

Un Un cristallocristallo èè un corpo solido delimitato un corpo solido delimitato da facce regolari e simmetriche, da facce regolari e simmetriche,

che sono la manifestazione macroscopica dellche sono la manifestazione macroscopica dell’’ordine interno.ordine interno.

La forma poliedrica esterna può cambiare per il differente La forma poliedrica esterna può cambiare per il differente sviluppo relativo delle varie facce, ma, a temperatura sviluppo relativo delle varie facce, ma, a temperatura

costante, gli angoli tra le facce rimangono sempre gli stessi costante, gli angoli tra le facce rimangono sempre gli stessi (principio della costanza dell(principio della costanza dell’’angolo diedro, formulato da angolo diedro, formulato da

StenoneStenone nel 1669 per i cristalli di quarzo)nel 1669 per i cristalli di quarzo)

reticolo spaziale di un solido idealereticolo spaziale di un solido ideale

cella elementare con le costanti reticolaricella elementare con le costanti reticolari

primitive

unitarie

7 SISTEMI CRISTALLINI7 SISTEMI CRISTALLINI

14 RETICOLI CRISTALLINI (14 RETICOLI CRISTALLINI (BravaisBravais))

Un solido è un cristallo ed il suo reticolo cristallino risulta dalla ripetizione nelle tre dimensioni dello spazio di una cella elementare che costituisce la più piccola porzione del reticolo stesso che ne possiede tutte le caratteristiche geometriche.

primitiveprimitive unitarieunitarie

Cella primitiva cubica Cella unitaria cubica a corpo centrato Cella unitaria cubica a facce centrate

atomi esterni al reticolo

primitivo

I 14 I 14 reticoli reticoli fondamentali di fondamentali di

BravaisBravais, , raggruppati raggruppati

secondo i 7 sistemi secondo i 7 sistemi cristallografici:cristallografici:

-- cubicocubico-- tetragonale,tetragonale,-- romboedrico,romboedrico,-- esagonale,esagonale,-- ortorombicoortorombico-- monoclino,monoclino,-- triclino.triclino.

Classificazione dei reticoli spaziali nei 7 sistemi cristallini Classificazione dei reticoli spaziali nei 7 sistemi cristallini e relative costanti reticolarie relative costanti reticolari

Triclino sempliceTriclino sempliceaa≠≠bb≠≠c, c, α≠β≠γ≠α≠β≠γ≠9090°°TriclinoTriclino

Monoclino sempliceMonoclino sempliceMonoclino basi centrateMonoclino basi centrate

aa≠≠bb≠≠c, c, ββ==γγ=90=90°° α≠α≠9090°°MonoclinoMonoclinoEsagonale sempliceEsagonale semplicea=ba=b≠≠c, c, αα==ββ=90=90°°, , γγ=120=120°°EsagonaleEsagonaleRomboedrico sempliceRomboedrico semplicea=b=c, a=b=c, ββ==γγ=90=90°° α≠α≠9090°°RomboedricoRomboedrico

OrtorombicoOrtorombico semplicesempliceOrtorombicoOrtorombico corpo centratocorpo centratoOrtorombicoOrtorombico basi centratebasi centrateOrtorombicoOrtorombico facce centratefacce centrate

aa≠≠bb≠≠c, c, αα==ββ==γγ=90=90°°OrtorombicoOrtorombico

Tetragonale sempliceTetragonale sempliceTetragonale corpo centratoTetragonale corpo centrato

a=ba=b≠≠c, c, αα==ββ==γγ=90=90°°TetragonaleTetragonale

Cubico sempliceCubico sempliceCubico corpo centratoCubico corpo centratoCubico facce centrateCubico facce centrate

a=b=c, a=b=c, αα==ββ==γγ=90=90°°CubicoCubico

Reticolo spazialeReticolo spazialeCostanti reticolariCostanti reticolariSistema cristallinoSistema cristallino

Rappresentazioni diverse della cella elementare Rappresentazioni diverse della cella elementare cubica facce centrate (CFC): cubica facce centrate (CFC):

(a)(a) disposizione atomica della cella elementare; disposizione atomica della cella elementare; (b)(b) cella elementare a sfere rigide; cella elementare a sfere rigide; (c)(c) cella elementare isolata cella elementare isolata

(a)(a) (b)(b) (c)(c)

MATERIALE AMORFOMATERIALE AMORFO

Talvolta la riorganizzazione in una situazione Talvolta la riorganizzazione in una situazione ordinata viene ostacolata a causa di ordinata viene ostacolata a causa di

unun’’elevatissima viscositelevatissima viscositàà in prossimitin prossimitààdel punto di fusione o di un raffreddamento del punto di fusione o di un raffreddamento rapido del liquido in via di solidificazione. rapido del liquido in via di solidificazione.

Queste sostanze assumono cosQueste sostanze assumono cosìì una una disposizione delle particelle pidisposizione delle particelle piùù o meno o meno irregolare e sono chiamate irregolare e sono chiamate solidi amorfisolidi amorfi. .

PoichPoichéé i comuni vetri sono la classe i comuni vetri sono la classe pipiùù nota di solidi amorfi, questo stato nota di solidi amorfi, questo stato

della materia viene anche indicato della materia viene anche indicato col nome di col nome di stato vetrosostato vetroso..

MONOCRISTALLOMONOCRISTALLO STRUTTURA STRUTTURA POLICRISTALLINAPOLICRISTALLINA

Isotropia ed anisotropiaIsotropia ed anisotropia

Sono isotropiisotropi i corpi che non presentano differenze di comportamento dipendenti dalla direzione in cui si

sperimenta. Sono invece anisotropianisotropi i corpi per i quali i valori delle

grandezze che li caratterizzano variano con la direzione.

I materiali amorfi (vetri e la maggior parte dei polimeri) I materiali amorfi (vetri e la maggior parte dei polimeri) sono sempre isotropi perchsono sempre isotropi perchéé il disordine molecolare il disordine molecolare

èè statisticamente riproducibile in ogni direzione. statisticamente riproducibile in ogni direzione.

I I cristallicristalli sono intrinsecamente sono intrinsecamente anisotropianisotropi, , perchperchéé la periodicitla periodicitàà delle posizioni reticolari delle posizioni reticolari

èè diversa a seconda della direzione. diversa a seconda della direzione. Pertanto le loro proprietPertanto le loro proprietàà fisiche (dilatazione termica, fisiche (dilatazione termica,

resistenza meccanica, conduzione elettrica, magnetizzazione, resistenza meccanica, conduzione elettrica, magnetizzazione, indice di rifrazione..) variano con la direzione.indice di rifrazione..) variano con la direzione.

Gli aggregati di microcristalli (metalli, Gli aggregati di microcristalli (metalli, granito ecc.) risultano isotropi su scala granito ecc.) risultano isotropi su scala macroscopica, perchmacroscopica, perchéé i microcristalli o i microcristalli o

grani sono orientati in ogni modo possibile.grani sono orientati in ogni modo possibile.

DIFETTI NEI SOLIDI REALIDIFETTI NEI SOLIDI REALINei materiali di comune impiego esistono alcune Nei materiali di comune impiego esistono alcune

imperfezioni della struttura cristallina. imperfezioni della struttura cristallina. Le imperfezioni possono essere di natura diversa, Le imperfezioni possono essere di natura diversa, ma comunque si tratta di zone pima comunque si tratta di zone piùù o meno estese o meno estese

in cui viene meno la periodicitin cui viene meno la periodicitààdella struttura complessiva. della struttura complessiva.

Le imperfezioni possono essere Le imperfezioni possono essere localizzate in un localizzate in un puntopunto, , oppure lungo una oppure lungo una linealinea

o addirittura estendersi ad una o addirittura estendersi ad una superficiesuperficie. .

I DIFETTI NEI CRISTALLII DIFETTI NEI CRISTALLI

Possono essere di due tipi:

DIFETTI STECHIOMETRICI

Variano la composizione del cristallo (presenza di elementi estranei alla struttura)

DIFETTI NON STECHIOMETRICI

Non variano la composizione del cristallo (ad esempio manca un atomo)

I difetti possono essere puntuali o estesi a seconda che coinvolgano uno o più siti reticolari

I difetti variano alcune proprietà dei cristalli come la conducibilità, il colore e le proprietà meccaniche

DIFETTI RETICOLARI DEI CRISTALLIDIFETTI RETICOLARI DEI CRISTALLI

Difetti di punto (vacanze reticolari e atomi interstiziali)(vacanze reticolari e atomi interstiziali)

Difetti di linea (dislocazioni)(dislocazioni)

Difetti di superficie (bordi di grano)(bordi di grano)

Difetti di volume (difetti di impilamento)(difetti di impilamento)

U4

Diapositiva 36

U4 La presenza di un difetto di punto allo stato solido rende possibile il fenomeno di diffusione atomicaUtente, 2/7/2006

DIFETTI STRUTTURALI DEIDIFETTI STRUTTURALI DEI CRISTALLICRISTALLI

vacanzaatomo interstiziale

impurezzasostituzionale

impurezza interstiziale

difetto di Frenkel

DIFETTI PUNTUALI:DIFFUSIONE ALLO STATO SOLIDODIFETTI PUNTUALI:DIFFUSIONE ALLO STATO SOLIDO

vvacanzaacanza l’assenza di un atomo dal sito del reticolo cristallino

interstizialeinterstiziale la presenza di un atomo in un sito spurio (posizione non reticolare)

FrenkelFrenkel la combinazione di questi due difetti e cioè la presenza di un sitolasciato vuoto da un atomo che si è portato in un sito interstiziale (metalli alcalini)

SchottkySchottky metalli di uso comune

Esempi di difetti di punto Esempi di difetti di punto

Esempi di difetto di lineaEsempi di difetto di linea

DIFETTI LINEARIDIFETTI LINEARI

scorrimentoscorrimento di piani atomici dovuto a sollecitazioni meccanichesollecitazioni meccaniche durante i processi di lavorazione

difetto fisicodifetto fisico: atomi in posizione reticolare non originale

diversa distribuzione rispetto alla linea originalediversa distribuzione rispetto alla linea originale ma conserva la simmetria

DISLOCAZIONE A SPIGOLODISLOCAZIONE A SPIGOLO

DISLOCAZIONE A VITEDISLOCAZIONE A VITE

ip: slittamento dei piani rigido ma graduale quando lo sforzo supera un certo valore critico determinato dalle forze che vincolano gli atomi del reticolo

dislocazione a spigolodislocazione a spigolo: linea che giace su un piano di slittamento e che separa la regione che ha subito lo slittamento da quella che non lo ha ancora subito

ττ

ττ

ττ

ττττττ

ττττ

circuito di BurgersBurgersU5

Diapositiva 43

U5 Circuito di Burgers: misura l’entità della dislocazione. Si ottiene costruendo un circuito reticolare chiuso in un reticolo perfetto e lo si riporta in un reticolo che contiene una dislocazione. A questo punto il circuito non è più chiuso e per chiuderlo occorre aggiungere un vettore che unisca il punto finale con il punto iniziale del circuito. Il modulo del vettore di Burgers ha come valore un numero intero di distanze reticolari. Vettore ecircuito giacciono sullo stesso piano: abbiamo una dislocazione a spigolo (perpendicolare al vettore) quando giacciono su piani perpendicolari, la dislocazione è a vite (parallela al vettore)Utente, 2/7/2006

DIFETTI SUPERFICIALIDIFETTI SUPERFICIALI

agglomerati interstiziali:agglomerati interstiziali: per un tratto si ha la successione di atomi interstiziali che modificano la struttura cristallina come per i cluster di vacanzecluster di vacanze

difetti di orientazione (c):difetti di orientazione (c): in cui è presente un angolo di tilt tra due zone adiacenti del cristallo

bordo di grano:bordo di grano: nella quasi totalità i solidi non sono monocristalli, ma aggregati policristallini, in cui i singoli cristalli, detti grani, sono orientati casualmente tra loro. Ai bordi di grano sono associati difetti reticolari dovuti alla vicinanza tra reticoli orientati in modo differente che interferiscono. Tali difetti generano nel materiale una certa quantità di energia interna che rende il policristallo meno stabile del monocristallo

GROSSA INFLUENZA SULLE PROPRIETÀ MECCANICHE DEL MATERIALE

MONOCRISTALLOMONOCRISTALLO STRUTTURA STRUTTURA POLICRISTALLINAPOLICRISTALLINA

Materiale formato da piMateriale formato da piùù grani:grani:bordi di grano (difetti di superficie) bordi di grano (difetti di superficie)

DIFETTIDIFETTI DI VOLUMEDI VOLUME

reticolo cristallino come impilamento regolare di piani a max densità atomica

difetto di impilamentodifetto di impilamentodovuto ad irregolarità nella

sequenza di impilamento dei piani

(A,B,C,A,B,C……) (A,B,C,A,B,A……)

MICROSTRUTTURAMICROSTRUTTURALa La microstrutturamicrostruttura èè data data dalldall’’insieme delle insieme delle

caratteristiche geometriche e quantitative delle fasi presenti, caratteristiche geometriche e quantitative delle fasi presenti, compresi vuoti e difetticompresi vuoti e difetti. Essa . Essa èè il risultato della modalitil risultato della modalitàà di di produzione del materiale, delle lavorazioni e dei trattamenti produzione del materiale, delle lavorazioni e dei trattamenti subiti, condiziona profondamente il comportamento di un subiti, condiziona profondamente il comportamento di un materiale, tanto che il rilevamento della microstruttura fa materiale, tanto che il rilevamento della microstruttura fa

parte dei metodi di controllo dellaparte dei metodi di controllo della qualitqualitàà dei dei materiali. materiali.

La relazione tra microstruttura, composizione chimica, La relazione tra microstruttura, composizione chimica, struttura cristallina, lavorazione e comportamento struttura cristallina, lavorazione e comportamento

èè uno degli obiettivi principali della ricerca scientifica e uno degli obiettivi principali della ricerca scientifica e tecnologica sui materiali.tecnologica sui materiali.

Un materiale viene definito:Un materiale viene definito:-- omogeneoomogeneo, se costituito da una sola sostanza, , se costituito da una sola sostanza,

oppure da pioppure da piùù sostanze sostanze ““solubilisolubili”” allo stato solido allo stato solido che formano una soluzione solida omogenea.che formano una soluzione solida omogenea.

-- eterogeneoeterogeneo, se costituito da componenti insolubili , se costituito da componenti insolubili tra loro, formanti un sistema tra loro, formanti un sistema polifasicopolifasico..

Si definisce Si definisce fasefase una porzione fisicamente omogenea una porzione fisicamente omogenea (a livello microstrutturale) di un materiale, (a livello microstrutturale) di un materiale,

che si differenzia da altre porzioni. che si differenzia da altre porzioni. La microstruttura dei materiali viene studiata tramite La microstruttura dei materiali viene studiata tramite

osservazione al microscopio (ottico ed elettronico), osservazione al microscopio (ottico ed elettronico), con ingrandimenti compresi tra 50 e 10con ingrandimenti compresi tra 50 e 1044..

Microstruttura superficiale di una lamina di ferro ricoperta di vernice polimerica.

Microscopio elettronico a scansione (SEM), 500x.

Microstruttura di un polimero termoplastico rinforzato con fibre di vetro (materiale composito).

Microscopio elettronico a scansione (SEM), 80x.

Microstruttura di un legno di abete rosso. Microscopio elettronico a scansione (SEM), 100x.