SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI
Anno accademico 2020/2021 - 1° anno- CHIMICA MACROMOLECOLARE: Antonino POLLICINO
- SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI: Gianluca CICALA
SSD: ING-IND/22 - SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI
Organizzazione didattica: 225 ore d'impegno totale, 138 di studio individuale, 42 di lezione frontale, 45 di esercitazione
Semestre: 1°
Obiettivi formativi
- CHIMICA MACROMOLECOLARE
Il corso intende fornire allo studente le nozioni relative alle relazioni tra la struttura dei materiali polimerici e loro proprietà meccaniche, sulle loro tecnologie di trasformazione e sulle problematiche relative alla loro produzione. Si intende inoltre fornire fondamenti sui compositi a matrice polimerica.
- SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI
L’obiettivo del corso è quello di introdurre i concetti fondamentali relativi alla struttura dei materiali metallici e ceramici, alle relazioni struttura-proprietà e alcuni dei più importanti processi tecnologici di trasformazione. Nel modulo di Scienza e Tecnologia dei Materiali saranno affrontati in dettaglio i materiali metallici e ceramici attenzionando i fondamenti delle relazioni struttura-proprietà per i materiali d'interesse ingegneristico. Infine, saranno trattate le problematiche del riciclo dei materiali e le tecniche di Analisi di Ciclo di Vita (LCA). Dei cenni alle tecniche manifattura additiva saranno forniti nella parte conclusiva del modulo.
Lo studente, al termine dell’insegnamento, dovrà essere in grado di riconoscer le classi di materiali e dovrà saper identificare le caratteristiche d’interesse ingegneristico dei materiali in relazione alla loro struttura.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
- CHIMICA MACROMOLECOLARE
L'insegnamento prevede lezioni frontali ed esercitazioni. Si prevede inoltre lo svolgimento di una prova in itinere.
Qualora l’insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.
- SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI
Orale
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le
condizioni lo dovessero richiedere.
Prerequisiti richiesti
- CHIMICA MACROMOLECOLARE
Chimica
- SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI
Chimica 1
Comportamento meccanico dei materiali e Scienza delle Costruzioni (preferibile)
Frequenza lezioni
- CHIMICA MACROMOLECOLARE
La frequenza al corso è obbligatoria. Oltre ai casi già previsti dai Regolamenti, esenzioni motivate parziali o totali dalla frequenza possono essere riconosciute, tramite apposita delibera del Consiglio del Corso di Studi, dietro presentazione di istanza motivata e riconosciuta tale dal Consiglio e se esistono le condizioni, concordate con il docente, per attivare le necessarie forme di supporto didattico integrativo, atte a garantire comunque la adeguata preparazione dello studente. Per quanto concerne lo status di studente lavoratore, di studente atleta e di studente in situazione di difficoltà accertate tramite certificazioni formali, si rimanda all’articolo 27 del “Regolamento Didattico di Ateneo”.
- SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI
La frequenza al corso è obbligatoria. Oltre ai casi già previsti dai Regolamenti, esenzioni motivate parziali o totali dalla frequenza possono essere riconosciute, tramite apposita delibera del Consiglio del Corso di Studi, dietro presentazione di istanza motivata e riconosciuta tale dal Consiglio e se esistono le condizioni, concordate con il docente, per attivare le necessarie forme di supporto didattico integrativo, atte a garantire comunque la adeguata preparazione dello studente. Per quanto concerne lo status di studente lavoratore, di studente atleta e di studente in situazione di difficoltà accertate tramite certificazioni formali, si rimanda all’articolo 27 del “Regolamento Didattico di Ateneo”.
Contenuti del corso
- CHIMICA MACROMOLECOLARE
Classificazione e struttura dei materiali polimerici. Comportamento meccanico a piccole deformazioni: comportamento viscoelastico, prove di creep, prove di rilassamento e comportamento dinamico-meccanico. Principio di Boltzman, modelli viscoelastici. Diagrammi del modulo. Comportamento meccanico a grandi deformazioni. Reologia: curve di flusso e relazioni costitutive. Reometria. Comportamento reologico dei polimeri allo stato liquido. Tecnologie di trasformazione dei materiali polimerici. Compositi a matrice polimerica. Tecnologie di produzione di manufatti in composito a matrice polimerica
- SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI
1. Introduzione 2. Struttura atomica e legami interatomici 3. La struttura dei solidi cristallini 4. Imperfezione nei solidi 5. Diffusione 6. Proprietà meccaniche dei metalli 7. Dislocazioni e meccanismi di indurimento 8. La rottura 9. Diagrammi di fase 10. Trasformazioni di fase nei metalli: evoluzione della microstruttura e modificazioni delle proprietà meccaniche 11. Trattamenti termici delle leghe metalliche 12. Leghe metalliche. 13.Materiali ceramici: struttura e proprietà. 14. Materiali e ambiente: cenno ai cicli di vita dei materiali e al degrado dei materiali. 15. Processi di manifattura additiva.
Testi di riferimento
- CHIMICA MACROMOLECOLARE
Dispensa del corso
Scienza e Ingegneria dei Materiali una introduzione (W. D. Callister, Jr. - Edises)
Fondamenti di scienza dei polimeri (A.I.M.-Pacini Editore)
Scienza e tecnologia dei materiali polimerici (Bruckner et al. – Edises).
Reologia dei materiali polimerici: scienza ed ingegneria (N. Grizzuti - Edizioni Nuova Cultura)
Introduction to physical polymer science (L.H.Sperling – Wiley)
An Introduction to mechanical properties of solid polymers (I.M. Ward-J.Sweeney – Wiley)
Fabbricazione di componenti in materiali polimerici (A.M. De Filippi - Hoepli)
Materiali compositi (I. Crivelli Visconti, G. Caprino, A. Langella - Hoepli)
Manufacturing processes for advanced composites (F.C. Campbell – Elsevier)
- SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI
1) Ingegneria e scienza dei Materiali, Callister, Ed. John Wiley & Sons, Inc
2) Principi di Scienza dei Materiali ed Ingegneria , W.F. Smith, McGraw Hill
3) Additive Manufacturing Technologies, I. Gibson l D. W. Rosen l B. Stucker, Springer, ISBN: 978-1-4419-1119-3
Programmazione del corso
| SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI | |||
| Argomenti | Riferimenti testi | ||
|---|---|---|---|
| 1 | Introduzione e legami atomici | Capitolo 1-2; Testo (1) | |
| 2 | La struttura dei solidi cristallini | Capitolo 3; Testo (1) | |
| 3 | Imperfezione nei solidi | Capitolo 4; Testo (1) | |
| 4 | Diffusione nei metalli | Capitolo 5; Testo (1) | |
| 5 | Proprietà meccaniche dei materiali | Capitolo 6; Testo (1) | |
| 6 | Dislocazioni e meccanismi di rinforzo | Capitolo 7; Testo (1) | |
| 7 | Meccanismi di rottura dei metalli | Capitolo 8; Testo (1) | |
| 8 | Diagrammi di fase dei metalli | Capitoli 9-10; Testo (1) | |
| 9 | Applicazioni delle leghe e processi di lavorazione | Capitolo 11; Testo (1) | |
| 10 | Materiali ceramici | Capitolo 12-13; Testo (1) | |
| 11 | Materiali e Ambiente. Principi di LCA | Slides | |
| 12 | Introduzione ai metodi di Manifattura Additiva | Slides | |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
- CHIMICA MACROMOLECOLARE
Durante l’anno sono fissati sette appelli d’esame (ordinari) più quattro appelli riservati agli studenti fuori corso.
Nei periodi consentiti dal calendario accademico è inoltre possibile, contattando il docente via e-mail o per via telefonica, concordare ulteriori colloqui di esame (con cadenza settimanale)
Modalità di iscrizione ad un appello d’esame: Prenotazione sul portale d'ateneo
La prova d'esame consiste nell'esposizione orale di argomenti affrontati durante il corso
La valutazione dell'esame è basata sui seguenti criteri: livello di conoscenza degli argomenti richiesti, capacità espressiva e proprietà di linguaggio, capacità di applicare le conoscenze a semplici casi studio, capacità di collegamento dei diversi temi del programma di insegnamento.
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
- SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI
Orale
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le
condizioni lo dovessero richiedere.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
- CHIMICA MACROMOLECOLARE
Teoria dell’elasticità delle gomme.
Proprietà viscoelastiche dei polimeri. Equazioni costitutive. Cedevolezza.
Misure dinamico meccaniche e studio della struttura dei polimeri e delle transizioni.
Modelli viscoelastici.
Principi meccanici della frattura fragile dei materiali polimerici. Proprietà meccaniche delle fibre.
Comportamento newtoniano e non newtoniano.
Dipendenza della viscosità dalla velocità di deformazione.
Dipendenza della viscosità dalla massa molecolare.
Fenomeni di elasticità del fuso.
Equazioni costitutive dei fusi polimeri viscoelastici.
Reometri.
Stampaggio. Estrusione. Stampaggio a iniezione.
Fibre e matrici. Fibre di vetro. Fibre di carbonio. Fibre aramidiche. Formato delle fibre per compositi.
Compositi particellari. Proprietà meccaniche. Micromeccanica della lamina.
Tecnologie manuali. Formatura in autoclave. Formatura per Resin Transfer Moulding. Formatura per avvolgimento. Formatura per pultrusione. Formatura con sacco in pressione.
- SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI
Elencare e descrivere i difetti delle strutture cristalline descrivendone l'influenza sulle proprietà meccaniche e tecnologiche di lavorazione
Tracciare i diagrammi di raffreddamento TTT per le leghe FeC descrivendo le trasformazioni di fase rilevanti dal punto di vista tecnologico
Modalità di rottura dei materiali: illustrare le differenze tra fatica, creep e frattura.
Tracciare il diagramma Cu-Ni commentando sia il caso di raffreddamento ideale che reale