Scienza e tecnologia dei materiali -  Prof. Brovarone  - Dispensa 2 - Classificazione dei materiali, Dispense di Tecnologia Dei Materiali. Politecnico di Torino
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Scienza e tecnologia dei materiali - Prof. Brovarone - Dispensa 2 - Classificazione dei materiali, Dispense di Tecnologia Dei Materiali. Politecnico di Torino

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Scienza e tecnologia dei materiali -  Prof. Brovarone  - Dispensa 2 - Classificazione dei materiali - Polito
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Microsoft PowerPoint - classificazionemateriali

1

CLASSIFICAZIONE DEI MATERIALI

I materiali possono essere classificati secondo:

 il TIPO di legame chimico  la struttura (cristallina o amorfa)  le proprietà (es. meccaniche, elettriche.....)

 le applicazioni

2

CLASSIFICAZIONE TRADIZIONALE

METALLI CERAMICI POLIMERI COMPOSITI (combinazione sinergica proprietà)

3

Generalmente i metalli sono: opachi riflettono la luce, altoresitenziali rigidi duttili (si piegano prima di rompersi), conduttori di calore ed elettricità (e- liberi) resistenti agli sbalzi termici di norma allo stato cristallino, facilmente lavorabili.

Materiali METALLICI

4

Generalmente i ceramici sono: fragili rigidi ad elevata durezza resistenti all’usura isolanti elettrici e termici refrattari e resistenti ad alte T chimicamente inerti cristallini, amorfi, vetroceramici comprendono i vetri e i leganti

Materiali CERAMICI

5

La maggior parte dei polimeri:  bassa densità  non può sopportare alte T  é isolante termico ed elettrico  ha una modesta res. meccanica  è deformabile plasticamente  alcuni hanno proprietà elastiche (elastomeri: gomma)

 Alcuni sono riciclabili (termoplastici)

Materiali POLIMERICI

6

Materiali COMPOSITI

La combinazione SINERGICA fra le proprietà dei materiali è stata estesa grazie allo sviluppo dei MATERIALI COMPOSITI. I materiali compositi sono sistemi ETEROGENEI, costituiti da una MATRICE di tipo ceramico, polimerico o metallico in cui si trova DISPERSA una seconda fase. Il materiale mostra proprietà NON OTTENIBILI con i singoli costituenti.

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Sono costituiti da DUE FASI: MATRICE e SECONDA FASE (o fase rinforzante)

si classificano a seconda della matrice in: compositi a matrice metallica compositi a matrice polimerica compositi a matrice ceramica tra cui anche compositi a matrice vetrosa o vetroceramica

8

Possono essere classificati anche a seconda della seconda fase: compositi rinforzati con fibre (lunghe o corte) compositi rinforzati con particelle la seconda fase puo’ appartenere ad ognuna delle classi principali dei materiali

Materiali COMPOSITI

9

Obiettivi:  aumentare la durezza di materiali metallici 

rinforzi ceramici  aumentare la rigidità e la resistenza a trazione di

materiali polimerici  rinforzi di fibre di vetro, di carbonio

 ridurre il peso dei componenti  matrice polimerica

Esempi:  calcestruzzo armato (matrice ceramica e rinforzo

metallico) ;  pneumatico (matrice polimerica e rinforzo metallico),  vetroresine (matrice polimerica)

I COMPOSITI: combinazioni di proprietà

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CONFRONTO FRA I MATERIALI

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Classificazione dei materiali- TIPO DI LEGAME

 Solidi ionici (es. MgO, NaCl, gesso, etc.)

 Solidi covalenti e molecolari (es. polimeri, diamante, grafite, carburi e nitruri di silicio)

 Solidi metallici (metalli puri e le loro leghe)

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LEGAME METALLICO E SOLIDI METALLICI

Tipico dei metalli e delle loro leghe Gli e- di valenza sono CEDUTI dagli atomi a formare la “nuvola” degli elettroni di valenza

Disposizione degli atomi in un cristallo di rame. Ogni atomo di rame è coordinato a 12 atomi di rame: struttura cubica a facce centrate.

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LEGAME IONICO E SOLIDI IONICI

 Formazione di una COPPIA di ioni di segno opposto: possibile tra atomi con una elevata differenza di elettronegatività

 Comporta un TRASFERIMENTO di e-

Es: NaCl

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• Legame tipico dei materiali ceramici

Give up electrons Acquire electrons

Esempi di legame ionico

He -

Ne -

Ar -

Kr -

Xe -

Rn -

F 4.0

Cl 3.0

Br 2.8

I 2.5

At 2.2

Li 1.0

Na 0.9

K 0.8

Rb 0.8

Cs 0.7

Fr 0.7

H 2.1

Be 1.5

Mg 1.2

Ca 1.0

Sr 1.0

Ba 0.9

Ra 0.9

Ti 1.5

Cr 1.6

Fe 1.8

Ni 1.8

Zn 1.8

As 2.0

CsCl

MgO

CaF2

NaCl

O 3.5

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Legame covalente e solidi covalenti

 Nel legame covalente la configurazione elettronica stabile viene raggiunta in seguito alla CONDIVISIONE DI ALCUNI ELETTRONI DI VALENZA da parte di atomi adiacenti

 Gli e- condivisi tra due atomi possono essere considerati come appartenenti ad entrambi gli atomi

16

Legame covalente e solidi covalenti

 Il legame covalente è DIREZIONALE:  è presente solo tra atomi specifici e può esistere soltanto nella direzione congiungente gli atomi partecipanti alla condivisione elettronica

Diamante

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• Molecole con non metalli • Molecole con metalli e non metalli • Solidi elementari (C diamante, Si, Ge, …)

He -

Ne -

Ar -

Kr -

Xe -

Rn -

F 4.0

Cl 3.0

Br 2.8

I 2.5

At 2.2

Li 1.0

Na 0.9

K 0.8

Rb 0.8

Cs 0.7

Fr 0.7

H 2.1

Be 1.5

Mg 1.2

Ca 1.0

Sr 1.0

Ba 0.9

Ra 0.9

Ti 1.5

Cr 1.6

Fe 1.8

Ni 1.8

Zn 1.8

As 2.0

SiC

C(diamond)

H2O

C 2.5

H2

Cl2

F2

Si 1.8

Ga 1.6

GaAs

Ge 1.8

O 2.0

c

o

l

u

m

n

I

V

A

Sn 1.8

Pb 1.8

Esempi di legame covalente

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LEGAMI SECONDARI o Van der Waals

 Il legame secondario risulta dall’interazione di dipoli atomici o molecolari ed è debole

 NON COINVOLGE trasferimenti di e-

1. Legami a dipolo indotto fluttuante

Esempio: i gas inerti asymmetric electron

clouds

+ - + - secondary bonding

2. Legami a dipolo permanente

legame ad idrogeno (nelle molecole nelle quali l’idrogeno è legato

covalentemente a F, O e N) Esempio: HF

secondary bonding

Polimeri: legami secondari fra le catene

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Caso molto frequente: LEGAMI MISTI  Ionico - covalente (es. alcuni ceramici,

semiconduttori GaAs, ZnS),  Metallico - covalente (Si e Ge),  Metallo - ionico (composti intermetallici Al- Co, Fe-

Zn)

Classificazione dei materiali- TIPO DI LEGAME

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21

Tipo di legame-proprietà dei materiali

Perchè è importante studiare il legame chimico:

 Il tipo di legame, la sua direzionalità e la sua forza determinano la STRUTTURA e molte delle PROPRIETÀ dei materiali:

 La T di fusione  L’espansione termica  Le PROPRIETÀ MECCANICHE (modulo elastico, duttilità, tenacità, …)

 Le proprietà elettriche

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Es.: Forza di legame – temperatura di fusione

T fusione è direttamente proporzionale alla f.za di legame

Tfusione: Polimeri < (metalli, ceramici)

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