Obiettivi formativi
Dare una conoscenza su questo materiale strategico
Prerequisiti
No
Contenuti dell'insegnamento
Composizione, struttura, Proprietà, Storia dei vetri
Programma esteso
Definizioni di vetro. Struttura del vetro in relazione a studi XRD e SAXS. Formazione del vetro: temperatura fittizia e temperatura di transizione vetrosa. Variazione di entalpia e volume specifico in funzione della velocità di raffreddamento. Proprietà termodinamiche correlate alla transizione vetrosa. Misura della Tg. Storie termiche del vetro. Variazioni di densità in funzione della velocità di raffreddamento. Trasformazioni isotermiche all’interno del range di trasformazione vetrosa. Genesi del vetro: aspetti strutturali. Elementi strutturali dei silicati. Formazione di silicati complessi. Ossidi formatori. Ipotesi sulla natura dei vetri: teoria di Goldschmidt, di Zachariasen e di Porai-Koshits. Genesi del vetro: aspetti cinetici. Nucleazione ed energie coinvolte. Frequenza di nucleazione (Fn). Nucleazione eterogenea. Crescita epitassiale. Accrescimento e velocità di accrescimento (va). Condizioni per la formazione del vetro in funzione di Fn e va. Frequenza di nucleazione e viscosità. Velocità critica di raffreddamento e curve TTT. Metodi di produzione del vetro. Deposizione Chimica di Vapori (CVD). Metodo Sol-Gel. Materie prime per il processo di fusione e fattore gravimetrico. Formatori e fondenti. Cenni sui diagrammi di stato ternari. Diagrammi di stato dei sistemi che danno origine a vetri: diagramma Na2O-SiO2; diagramma CaO-SiO2; diagramma Al2O3-Na2O-SiO2. Influenza dei fondenti sulla viscosità. Affinanti e rimozione di bolle. Legge di Stokes. Modificatori di proprietà e coloranti. Vetri commerciali e vetri comuni. Vetri per costruzione nelle normative: UNI EN 572-X e 1748-X. Gli ossidi e le relazioni composizione-proprietà. Formatori; fondenti; stabilizzanti; coadiuvanti tecnologici (affinanti, ossidanti, riducenti, coloranti e decoloranti, opacizzanti, rottame di vetro). Diagramma a ragno. Modelli del fuso: Bernal, Frenkel e Stewart. Tre stadi dei processi di fusione. Trasformazioni di fase: introduzione all’immiscibilità liquido-liquido. Teoria di Dietzel ed effetto della differenza della forza del campo sulla separazione di fase. Sistemi vetrosi che danno immiscibilità. Immiscibilità sub liquidus e temodinamica della miscelazione. Decomposizione spinodale e binodale. Variazioni delle energie libere medie in funzione della decomposizione spinodale o binodale. Immiscibilità: considerazioni finali. Conseguenze sui vetri della separazione di fase. Controllo della separazione di fase. Processo e vetro Vycor. Struttura di alcuni vetri di importanza tecnologica. Vetri monocomponenti: vetro di SiO2; di B2O3; di GeO2 e di P2O5. Sistemi bicomponente con la silice. Sistemi SiO2-RO-R2O. Sistemi vetrosi a base di ossido di piombo. Sistemi fosfatici a base di piombo, effetto della retropolarizzazione. Influenza dell’ossido di Alluminio. B2O3 come ossido formatore. Effetto dell’aggiunta di B2O3 ai vetri alcalino silicatici. Vetri fosfatici. Vetri contenenti ossido di arsenico ed antimonio. Vetri a base di TeO2. Influenza degli anioni sulla struttura del vetro (OH-, F-, SO42-). Proprietà dei vetri: viscosità. Dipendenza viscosità/temperatura. Equazione di Boltzmann e di Vogel-Fulcher-Tammann. Metodi di misura della viscosità: viscosimetro a caduta; a vibrazione; a rotazione. Viscosimetro ad elongazione; a penetrazione; a flessione; a torsione. Misurazione della viscosità a temperature caratteristiche (di transizione vetrosa, di Littleton, working point). Dipendenza della viscosità dalla composizione: sistemi monocomponenti, bicomponenti e policomponenti. Anomalia del Boro. Implicazioni tecnologiche del diagramma di viscosità. Densità del vetro. Proprietà ottiche dei vetri: introduzione. . Processo produttivo del vetro cavo dallo stoccaggio dei materiali alla riscelta. Forni End Port. Processo produttivo del vetro cavo dallo stoccaggio dei materiali alla riscelta. Forni End Port. Macchine IS e presso-soffio-girato. Proprietà ottiche: trasmittanza della luce e trasparenza del vetro. Riflessione totale e fattori che la influenzano. Vetri antiriflesso. Proprietà meccaniche dei vetri. Elasticità. Modulo di Young, di taglio e di comprimibilità. Influenza della composizione chimica e della temperatura sul modulo elastico. Influenza della composizione chimica sul modulo di comprimibilità. Resistenza alla frattura. Resistenza teorica e sperimentale. Frattura del vetro e amplificatori di sforzo. Trattazione di Irwin, Griffith e Inglis. Resistenza secondo Orowan.Resistenza all’urto, durezza e prove di durezza. Velocità di frattura. Fatica e durabilità. Fatica statica e dinamica. Comportamento viscoelastico. Modello di Maxwell; di Kelvin-Voigt; a 4 elementi. Dipendenza del comportamento viscoelastico dalla temperatura e dal tempo. Resistenza chimica del vetro in ambiente acido e basico.
Bibliografia
J. E. Shelby - Introduction to Glass Science and Technology - 2nd Edition - RS.C
Metodi didattici
Lezioni, Seminari, visite a stabilimenti
Modalità verifica apprendimento
Presentazione alla classe di una tesina su un argomento a scelta concordato con il docente (fino a 3 punti), cui segue la prova orale. L'esame si considera superato quando sono stati eseguiti entrambi i passaggi ed avendo raggiunto una votazione minima di 18/30 e massima di 27/30 nella prova orale.
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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