OBIETTIVI FORMATIVI

"L'insegnamento ha l'obiettivo di mettere gli studenti in grado di: 
1) Interpretare ed applicare i diagrammi di stato a più componenti al fine di comprendere il comportamento dei materiali sottoposti a specifiche condizioni.  
2) Classificare i principali materiali ceramici (sia classici che avanzati, sia cristallini che amorfi) e descrivere le loro proprietà strutturali, termiche, meccaniche, ecc., nonchè le rispettive applicazioni ed i principali metodi di sintesi. 
3) Comprendere i processi di trasformazione di fase, con particolare riferimento alla solidificazione, ed interpretare i conseguenti aspetti micrografici. 
4) Comprendere alcuni fenomeni superficiali come bagnabilità e brasatura. "

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Obiettivo del corso è l'acquisizione di competenze in:

- interpretazione di diagrammi di stato a tre o più componenti;

- comprensione delle correlazioni legame-struttura-proprietà  in alcune classi di materiali inorganici quali i ceramici e i vetri;

- comprensione di alcune teorie della chimica dello stato solido che descrivono specifici fenomeni come i meccanismi di nucleazione e crescita o il comportamento di superfici ed interfacce.

PREREQUISITI

Nessuno

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali

PROGRAMMA/CONTENUTO

Richiamo delle caratteristiche generali di diagrammi di stato a due componenti. Diagrammi di stato a tre componenti. Triangolo di Gibbs delle composizioni. Sezioni isoterme ed isoplete. Proiezioni (del liquidus). Sistemi ternari isomorfi. Combinazione di eutettici binari; campi trifasici. Equilibri invarianti ternari: eutettico ternario, transizione, peritettico ternario. Proiezione di liquidus ternario, campi di solidificazione primari, percorsi di solidificazione. Sezioni isoterme ternarie. Sezioni isoplete ternarie. Schema di reazione (diagramma di Scheil) e sua interpretazione. Esempi di sistemi intermetallici ternari: il sistema Al-Mg-Si e il sistema Co-Cr-Ni.

I materiali ceramici. Classificazione. Strutture cristalline: CsCl, NaCl, wurtzite, sfalerite, spinello, rutilo, allumina, fluorite, perowskite, ecc. I silicati e le loro strutture: ortosilicati, sorosilicati, ciclosilicati, fillosilicati, inosilicati, tectosilicati, … Le strutture della silice. Feldspati e zeoliti. Le argille: Kaolinite, Halloysite, Kyanite, Montmorillonite, … Le miche.I diagrammi di stato dei sistemi ceramici: SiO2, SiO2-Al2O3, Fe2O3-SiO2, MgO-SiO2, CaO-MgO, CaO-SiO2, MgO-SiO2-Al2O3, K2O-SiO2-Al2O3, … Materiali ceramici classici: terre cotte, terraglie, porcellane, ecc.

Trasformazioni di fase: per nucleazione e crescita, per decomposizione spinodale. Velocità di nucleazione, velocità di crescita, equazione di Avrami. Nucleazione omogenea: raggio critico e deltaG critico. Nucleazione eterogenea e tensione superficiale. Crescita: interfaccia diffusa ed interfaccia planare, velocità di crescita, crescita controllata dalla nucleazione o dalla diffusione. Decomposizione spinodale. Diagrammi T-T-T. I vetri e la loro struttura. Network formers e network modifiers. Diagrammi di stato di sistemi formatori di vetri. Proprietà dei vetri. Temperatura di transizione vetrosa. Metalli amorfi.

Superfici ed interfacce: definizioni termodinamiche. Fenomeni di interazioni solido-liquido ad alte temperature. Bagnabilità. Parametri che influiscono sulla bagnabilità. Bagnabilità non-reattiva, dissolutiva, reattiva. “Case Studies”: Sistemi reattivi e non-reattivi. Tecniche di Misura della tensione superficiale. Tecniche di Misura della bagnabilità. Interazioni metallo-ceramico e brasatura. I Diagrammi di Stato come supporto a processi reali di brasatura metallo-ceramico.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Introduction to Ceramics, 2nd Edition, by W. David Kingery,‎ H. K. Bowen,‎ Donald R. Uhlmann

Materiale didattico distribuito dal docente