Tipologie e caratteristiche dei materiali: applicazioni e proprietà

Contenuti

Tipologie di materiali

• Definizione
• Classificazione

Caratteristiche dei materiali

• Introduzione
• Caratteristiche chimico - fisiche
• Caratteristiche meccaniche
• Caratteristiche tecnologiche

I materiali definizioni

materiale
/materia.le/
aggettivo e sostantivo maschile
1. aggettivo
Che presenta la concretezza e la fisicità della materia: contrapposto a 'spirituale' ( realtà m. ),
'intellettuale' ( sforzo m. ), 'morale' ( conforti m. ), 'formale' ( principio m. ); il contrario diretto è
immateriale, che sottolinea l'assenza di qualsiasi qualità o consistenza corporea.
2. sostantivo maschile
Prodotto o manufatto dotato di proprietà o caratteristiche particolari, individuato o definito spec.
in rapporto all'origine e all'impiego: occorre un m. adatto alle alte temperature; m. naturale,
artificiale; materiali da costruzione; m. bellico; m. ferroviario, rotabile, esplosivo.

• Un Materiale può essere un prodotto finito o un materiale grezzo.
• I materiali grezzi sono prima estratti dalla terra e divisi in forme che possono essere
  facilmente trasportate e immagazzinate, quindi lavorate per produrre semi lavorati.
• I semilavorati sono a loro volta input di un nuovo ciclo produttivo e permettono di
  arrivare a realizzare i prodotti finiti , pronti per la distribuzione , costruzione e consumo.

Definizione di materiale

• Il termine «materiale» si riferisce alla natura chimico - fisica di un
  corpo (un manufatto, un minerale, ... ) al quale si puo' associare a
  livello macroscopico un insieme di proprietà fisiche, meccaniche e
  tecnologiche.
• Ciascun materiale può essere costituito da una o più sostanze
  chimiche, da una miscela di sostanze (lega) o da più materiali distinti
  (materiale composito).
• Oltre alla composizione chimica, ciascun materiale è caratterizzato
  da una specifica morfologia, che corrisponde al modo in cui è
  organizzata la struttura del materiale a livello microscopico. Due
  materiali aventi la stessa composizione possono dunque differire per
  morfologia e tale differenza si ripercuote sulle proprietà del
  materiale.(Carbonio , diamante e grafite)

Classificazione dei materiali

Classificazione per proprietà

• Per proprietà
• Elastici
• Fonoassorbenti
• Fonoisolanti
• Porosi
• Refrattari

Classificazione per natura chimica

• Per natura chimica
• Metalli
• Ceramici
• Plastici
• Compositi

Materiali per proprietà

• Materiali elastici : capaci di deformarsi sotto l'azione
  di forze esterne applicate e poi di riacquistare la sua forma
  originale al venir meno della causa sollecitante
• Materiali fonoassorbenti : capaci di trasformare in un altro
  tipo di energia una buona parte dell'energia acustica che li
  attraversa
• Materiali fonoisolanti : capaci di riflettere l'energia acustica
  che riceve
• Materiali porosi : sono quei materiali che hanno pori regolari e
  non, all'interno delle loro strutture.
• Materiali refrattari : capace di resistere per lunghi periodi ad
  elevate temperature senza reagire chimicamente con gli altri
  materiali con i quali si trova in contatto

Classificazione dei materiali chimici

Classificazione per proprietà

• Per proprietà
• Elastici
• Fonoassorbenti
• Fonoisolanti
• Porosi
• Refrattari

Classificazione per natura chimica

• Per natura chimica
• Metalli
• Ceramici
• Plastici
• Compositi

Materiali per natura chimica

• Materiali metallici: metalli puri e loro leghe.
  Principali proprietà: lucentezza, malleabilità,
  elevata conducibilità elettrica e termica.
• Materiali ceramici: materiali inorganici fragili e
  resistenti a temperature molto elevate.
• Materiali polimerici: polimeri (= molecole dal
  peso elevatissimo generate da lunghissime
  sequenze, dette "unità ripetitive"), a cui possono
  essere aggiunti additivi. Stampabile per fusione.
• Materiali compositi: costituiti da due o più
  materiali semplici che restano separati.

I materiali metallici

• Il metallo generalmente è un
  materiale conduttore di calore e
  di elettricità, opaco, duro e
  solido, capace di riflettere la luce
  (dando luogo in tal modo alla
  cosiddetta lucentezza metallica),
  che può essere attaccato dagli
  acidi, spesso con buone
  caratteristiche di resistenza
  meccanica.
• L'acqua può attaccare i metalli, ai
  quali strappa gli elettroni di
  valenza per dare l'idrogeno
  attraverso una reazione
  «esotermica». Questo da luogo a
  ossidi (ruggine).
• Sono generalmente malleabili
  fusibili e duttili

Conducibilità dei metalli

• In un metallo, gli atomi sono pronti a cedere elettroni
  per formare ioni positive (cationi)
• Questi ioni, sono circondati da elettroni delocalizzati
  che sono responsabili della conducibilità.

whole of positive ions

electronic cloud

Temperatura di fusione dei metalli

• Esistono vari tipi di metalli, scoperti in
  epoche diverse (pochi metalli sono
  reperibili in natura allo stato nativo)
• Ogni metallo ha una sua Temperatura
  di Fusione: più bassa è tale
  temperatura, più è facile l'estrazione del
  metallo dalle rocce che lo contengono.
• I primi metalli lavorati (rame e stagno)
  hanno una temperatura di fusione bassa,
  ottenibile con i forni antichi.

T fusione (℃)
3.422
2.622
1.773
1.670
1.529
1.455
1.065
1.083
961
650
595
420
327
232

Alluminio
Argento
Ferro
Magnesio
Molibdeno
Nichel
Oro
Piombo
Platino
Rame
Stagno
Titanio
Tungsteno
Zinco

• Steel Casting: https://www.youtube.com/watch?v=917JgonyoKA
• Aluminium Casting: https://www.youtube.com/watch?v=k1Ajf9R2pog

Classificazione dei materiali metallici

Materials
Organic
Inorganic
Metals
Ferrous
Non ferrous
Steels
Cast irons
Aluminium
Copper
...
Low alloy
High alloy
Low carbon
Medium carbon
High carbon

Materie plastiche

• Le materie plastiche sono una
  ampia gamma di solidi organici
  sintetici o semi sintetici che sono
  facilmente formabili per fusione.
• Sono tipicamente polimeri
  organici dalle elevate masse
  molecolari, ma spesso
  contengono altre sostanze.
• Spesso sintetiche, derivati dalle
  lavorazioni petrolchimiche, ma
  molte sono parzialmente
  naturali.

Pure Raw material
Raw materials with pigments
Plastica il percorso del recupero 6m ita: https://www.youtube.com/watch?v=Nwp9jopegzc
How Plastic Recycling Actually Works 4m eng: https://www.youtube.com/watch?v=zO3jFKiqmHo

Monomeri e Polimeri

• Sono materiali organici
  (contengono in prevalenza
  Carbonio)
• Sono costituite da polimeri
  miscelati con additivi o
  cariche varie.
• Sono il risultato della reazione
  di polimerizzazione di una
  quantità di molecole base
  (monomeri) per formare
  catene anche molto lunghe
  (polimeri), chiamate
  macromolecole.

Esempio di
MONOMERO

Esempio di
POLIMERO

Three monomers
involved
Two monomers involved,
sequence 1, 3, 1, 3, ...

Differenziazione di Monomeri e Polimeri

• Polimeri si differenziano per
  1.
  Tipo di monomeri coinvolti
  2.
  Sequenza di Monomeri
  3.
  Forma della catena di Monomeri

Three monomers
involved
Two monomers involved,
sequence 1, 3, 1, 3, ...

Comportamento tecnico di Monomeri e Polimeri

homopolymer
Alternating copolymer
Random copolymer
Blocks copolymer
Graft copolymer
linear
branched
reticulated

Queste sostanze
migliorano il loro
comportamento
tecnico all'aumentare
delle dimensioni della
loro molecola
(lunghezza della
catena)

I materiali polimerici

• Termoplastici: acquistano malleabilità (rammolliscono), sotto l'azione del calore;
  possono essere modellati o formati in oggetti finiti e quindi per raffreddamento
  tornano ad essere rigidi; tale processo può essere ripetuto teoricamente infinite
  volte senza danneggiare il materiale in se.
• Termoindurenti: dopo una fase iniziale di rammollimento per riscaldamento,
  induriscono; nella fase di rammollimento per effetto combinato di calore e
  pressione risultano formabili; se vengono riscaldati dopo l'indurimento non
  tornano più a rammollire, ma si decompongono carbonizzandosi.
• Elastomeri (gomme o polimero elastico): presentano elevata deformabilità ed
  elasticità; con viscoelasticità (con viscosità ed elasticità) e forze inter-molecolari
  molto deboli, generalmente con basso modulo di Young (alta
  deformazione/sollecitazione) e alto carico di rottura rispetto ad altri.

Materie plastiche applicazioni

PEPSI
WRX

Classificazione Materie Plastiche

Materiali
Organici
Inorganici
Metalli, ...
Sintetici
Naturali
Termoplastici
Termoindurenti
Elastomeri
Elastomeri termoplastici
(TPE)
Elastomeri Reticolati
(GOMMA)

I materiali ceramici

• Sono materiali costituiti da composti che contengono
  metalli (allumina) e non metalli : silice o sali (cloruro di
  sodio).
• Possono essere materiali cristallini o parzialmente
  cristallini.
• Sono ottenuti tramite processi di sinterizzazione.
• L'argilla e la creta sono stati fra i primi materiali usati
  per produrre vasellame di ceramica, ma oggi sono
  altrettanto utilizzati nell'industria.
• I materiali ceramici tendono ad essere resistenti, rigidi,
  fragili, chimicamente inerti, non conduttori di calore ed
  elettricità (porcellana), elevata resistenza alla
  compressione ed alle alte temperature; rigidi,, basso
  coefficiente di attrito, biocompatibilità.

Resistenza dei materiali ceramici

• Resistono alla corrosione chimica che si verifica
  in un ambiente acido o caustico(basico) ad esso
  applicate.
  La ceramica generalmente può resistere a
  temperature molto elevate, come temperature che
  vanno da 1.000 ° C a 1.600 ° C (da 1800 a 3000 °
  F).
  Il vetro per definizione non è una ceramica perché è
  un solido amorfo (non cristallino). Tuttavia, il vetro
  coinvolge diverse fasi del processo ceramico e le
  sue proprietà meccaniche si comportano in modo
  simile ai materiali ceramici.
  I moderni materiali ceramici, classificati come
  ceramiche avanzate, sono apprezzati per la loro
  resistenza all'abrasione.

Applicazioni dei materiali ceramici

T
XTREME
RSCHE
DE KYOCERA

Trovano larghissimo impiego in molti settori (biomedicale,
aerospaziale, automobilistico). Esempi di applicazioni:
1.
Parti di cuscinetti in ceramica
2.
Freno a disco in carbonio-ceramica (carburo di silicio)
3.
Il carburo di silicio è utilizzato per piastre interne di
giubbotti balistici
4.
Coltello da cucina con lama in ceramica