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Comiciamo a parlare di scienze dei materiali




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COMICIAMO A PARLARE DI SCIENZE DEI MATERIALI


Qual è il punto di partenza? L’origine del nostro studio?

Il nostro studio si riferisce ai materiali quindi il punto da cui partire è la materia.




Ma cos’è la materia?

Cerchiamo una definizione di tale parola…

La materia è tutto ciò che occupa un volume, inoltre, la fisica ci dice che la materia può presentarsi in diversi stati di aggregazione: SOLIDO, LIQUIDO E GASSOSO. Ma a noi interessa più la parola “materiale”, e per passare dal concetto di materia a quello di materiale  bisogna precisarne la differenza:

• se la materia è tutto ciò che occupa un volume…

• il materiale sottolinea un aspetto o degli aspetti della materia, cioè le sue proprietà, le caratteristiche, l’ applicazione, l’utilizzo…


Le proprietà che ci interessano sono -chimiche e soprattutto fisiche-

Ed è da esse che noi possiamo decidere l’applicazione di quel materiale: che può essere un edificio o un chip…


Questo comporta un’azione, che è un parametro fondamentale per la migliore riuscita del nostro futuro lavoro e cioè il fatto che ci possono essere anche diversi materiali per la stessa applicazione per cui nasce un enigma, un problema: LA SCELTA

Il problema dei tecnici e dei progettisti è la scelta che va fatta seguendo dei CRITERI che non si possono insegnare, ma che in genere sono:


industriali cioè criteri che dipendono dalla disponibilità del materiale.

economici cioè che dipendono dal costo di procurarsi e utilizzare un materiale.

sociali     cioè l’utilizzo di un determinato materiale, sarà soggetto al giudizio della società: le scelte sono responsabilità.


Al di la di questo, ci sono anche dei motivi prettamente tecnici

Un criterio importante che mi fa discriminare, scegliere fra più materiali  è il fatto che i materiali hanno diverse proprietà… volendo fare un esempio concreto, nella realizzazione di un pilastro tutto si può usare, quelle che cambiano saranno le dimensioni perché magari l’acciaio avrà proprietà di resistenza più basse del cemento armato.


Le proprietà di un materiale sono strettamente legate alla sua STRUTTURA…











STRUTTURA DEI MATERIALI

Per conoscere le proprietà di un materiale devo vedere la sua struttura

Per sapere se un materiale ha una struttura o un'altra lo si fa con la MICROSCOPIA ELETTRONICA, da cui non vediamo gli atomi e le molecole (è impossibile)… ma vediamo gli effetti causati da una certa struttura molecolare!


Quello che ci piace vedere per esempio è la MICROSTRUTTURA cioè conoscere se essa è CRISTALLINA (ordinata) o AMORFA che significa avere proprietà completamente diverse.


MATERIALI PER L’INGEGNERIA

I materiali che usiamo nell’ingegneria possono classificarsi in tre gruppi:


• METALLICI

• CERAMICI

• POLIMERI


è impossibile conoscere a memoria tutte le proprietà dei materiali quindi esse sono classificate in manuali, in database…naturalmente ci sono proprietà che non vanno trascurate… ma non è vero che la proprietà più importante come siamo soliti pensare è la resistenza…


quello che ci interessa di più è:

il comportamento che un materiale ha con l’ambiente

per esempio la capacità di resistere all’aggressione degli agenti atmosferici e da questo punto di vista quello migliore risulta essere gruppo dei polimeri che non solo resistono ottimamente ma non si riescono proprio a smaltire!!!





LE PROPRIETA’ CHE CARATTERIZZANO UN MATERIALE


densità (g/cm al cubo)            resistenza

punto di fusione

durezza                                 capacità di resistere alla penetrazione

lavorabilità                           cioè modifica della forma una volta fatto (es. il calcestruzzo ha lavorabilità nulla)

resistenza a trazione

resistenza a compressione

proprietà termiche

proprietà elettriche

proprietà chimiche


l’innovazione vera che è stata fatta negli ultimi anni è stata la capacità di creare dei materiali compositi…cioè fati dalla composizione dei vari materiali metallici, ceramici, e polimeri, per variare le proprietà di uno fra quei tre gruppi e magari “mescolarle” per ottenere delle proprietà che vogliamo e che non sono possedute da alcun materiale allo stato puro.



STRUTTURE CRISTALLINE DEI MATERIALI

Abbiamo detto che le strutture cristalline sono quelle particolarmente ordinate di alcuni materiali.

Siamo a conoscenza di 14 reticoli cristallini, cioè 14 modi diversi di disposizione degli atomi che compongono la materia di quei materiali.

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La grande suddivisione dei materiali cristallini è:

monocristallini dalla superficie regolare.

pluricristallini dalla superficie irregolare e maggiore rispetto alla precedente.


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La differenza quindi è nello sviluppo superficiale che definisce il reticolo cristallino e dato che la superficie ha un contenuto energetico, l’energia di un volume solido è data anche dalla sua superficie (nell’immagine: l’energia superficiale a destra è alta a sinistra no) la conseguenza è che i pluricristallini sono maggiormente modellabili…

I materiali non cristallini sono detti AMORFI ed hanno la caratteristica di essere pieni di difetti… ove per difetti intendiamo: la mancanza di un atomo o l’intromissione di un atomo che non c’etra niente…


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Con questo non si vuol intendere che i materiali cristallini non hanno difetti perché qualsiasi materiale ha dei difetti… non esiste il materiale perfetto! Il materiale più perfetto che esiste ha un milione di difetti per cm2.

Quello che ci si avvicina è una microfibra che si utilizza per le navette spaziali che pure girano con difetti intorno alle decine di migliaia…

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Appunti su: materiali cristallini,










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