Chimica e Tecnologia dei Materiali (Curriculum
Fisica dei Materiali)
Programma aa. 2002/2003 (Prof. Giancarlo Galli)
La chimica dei
materiali: progettazione, preparazione e studio dei materiali e delle loro
relazioni tra la struttura e le proprietà. La tecnologia dei materiali
come loro lavorazione e trasformazione in funzione delle applicazioni finali.
Classificazione
dei materiali moderni in metalli, ceramici, polimeri: configurazione
elettronica, struttura molecolare e costituzione chimica. Solidi cristallini e
strutture cristalline: polimorfismo e allotropia. Imperfezioni nei solidi:
difetti puntuali, dislocazioni, difetti interfacciali. Proprietà
meccaniche dei solidi: deformazioni elastiche e plastiche. Transizioni di fase:
termodinamica e cinetica della cristallizzazione isoterma. I vetri e la
transizione vetrosa.
A) Il diagramma
di stato dei composti puri; i punti singolari. Stabilità termodinamica
delle fasi e equilibrio tra le fasi. La regola delle fasi. Proprietà
colligative. Cenni agli equilibri di fase in condizioni supercritiche.
Diagrammi di stato solido-liquido binari: eutettici, punti congruenti,
peritettici. Reazioni di fase incongruenti. Isomorfismo in fase solida; le
soluzioni solide. Le soluzioni solide con lacuna di miscibilità: diagrammi
di stato con eutettici e peritettici. Cenni sui diagrammi di stato ternari.
B) I metalli e le leghe metalliche. Leghe ferrose: acciai con diversi
contenuti di carbonio, ghise. Leghe non ferrose a base di rame, alluminio,
titanio. Superleghe.
Microstruttura e raffreddamento di equilibrio e di non equilibrio;
trasformazioni di fase nello stato solido. Trasformazioni isoterme. Spegnimento
e tempra. Ricotture e trattamenti termici degli acciai. Lavorazione dei
metalli: formatura, stampaggio.
C) I materiali ceramici. Strutture cristalline e imperfezioni. Ceramiche di
silicato e di carbonio. Classificazione dei ceramici per campi di applicazione:
vetri, argille, cementi. Ceramiche avanzate. Metodi di lavorazione e
trattamenti termici. Ricotture termiche dei vetri.
D) I polimeri: definizioni e concetti base. Masse molari medie e loro
distribuzioni; dimensioni molecolari. Strutture primaria e secondaria.
La chimica dei polimeri di sintesi: polimerizzazione a stadi e
polimerizzazione di catena. Polimerizzazione radicalica e ionica.
Polimerizzazione Ziegler-Natta. La copolimerizzazione; influenza della
costituzione e composizione sulle proprietà. Miscele polimeriche e
compatibilità tra polimeri.
La cristallinità dei polimeri; la transizione vetrosa e la
fusione/cristallizzazione. Gli stati vetroso, gommoso e viscoelastico. Elementi
di viscoelasticità lineare. Caratteristiche meccaniche e termomeccaniche
dei polimeri. Classificazione dei materiali polimerici: termoplastici,
elastomeri, tecnopolimeri.
La lavorazione dei materiali
polimerici per formatura: compressione, soffiatura, iniezione, estrusione.
Fibre sintetiche e naturali; la pultrusione. Compositi a matrice polimerica:
rinforzo con fibre di vetro o di carbonio. Cenni ai super-tecnopolimeri.
Degradazione e riciclo dei materiali polimerici. I polimeri come materia
seconda.
Testi consigliati
W.D. Callister, Jr., “Materials Science and Engineering: An
Introduction”, Wiley, New York, 5th Edition, 2000.
AA.VV. “Fondamenti di Scienza dei Polimeri”, Pacini Editore, Pisa,
1998.