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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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Ingegneri e Materiali
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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Ingegneri e Materiali
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
distanza interatomica
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
distanza interatomica
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
distanza interatomica
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
distanza interatomica
Energia di
E
r
x
x
x