Obiettivi formativi
Si richiede una adeguata capacità di comprensione che possa basarsi sul background scientifico acquisito nel primo ciclo di studio per estendere le proprie competenze e per applicare nuovi approcci di elaborazione. In particolare è richiesta la capacità di affrontare le tematiche in modo multidisciplinare con particolare attenzione alla relazione fra composizione, tecniche di produzione e proprietà fisiche, chimiche e meccaniche del vetro inorganico. Viene richiesta la capacità di saper comunicare in modo chiaro le tematiche affrontate durante il corso e di essere in grado di correlare i vari argomenti. E’ valutata positivamente la capacità di aggiornare i temi mediante la consultazione delle pubblicazioni scientifiche proprie del settore. (Capacità di apprendimento - learning skills). E’ necessario dimostrare una matura padronanza nell’organizzare la fase di studio con la formulazione di una efficace strategia per assumere le competenze introdotte dal corso. La visione in loco di impianti industriali ha lo scopo di determinare un momento di contatto tra i concetti espressi a lezione e le pratiche di produzione.
Contenuti dell'insegnamento
Cristallizzazione e transizione vetrosa. Definizione di vetro. Transizione vetrosa Tg. Parametri termodinamici della transizione vetrosa. Transizioni del secondo ordine; definizione.
Struttura del vetro. Modelli teorici. Parametro di Goldsmidth Modello di Zachariesen, parametro Q e connettività. Teoria di Dietzel, modello di Lebedev, vetro al boro (anomalie strutturali e nelle proprietà). Cristallizzazione nei vetri; omogenea, eterogenea, crescita epitassiale. Nucleazione e velocità di crescita, diagramma di Tamman. Cinetica della formazione dei vetri diagrammi TTT.
Immiscibilità liquido-liquido. Modelli di Bernal, Frenkel e Stewards, decomposizione di tipo spinodale e binodale. Confronto tra decomposizione spinodale e nucleazione.
Diagrammi di fase (Na2O-SiO2 CaO-Na2O-SiO2 e altri)
Vetro Vycor. Metodi di produzione del vetro: sol-gel e sintesi da fuso. Sintesi da fuso: materie prime , fattore gravimetrico, reazioni allo stato solido, decomposizioni agenti affinanti. Diagramma a ragno.Vetri colorati; agenti coloranti, catalogo di SCHOTT . Processi industriali per la produzione di prodotti vetrari. Tipi diversi di fornaci e fasi di fusione e affinaggio. Processi di formatura e annealing.
Difetti nei prodotti vetrosi; corde, bolle, inclusioni cristalline.
Vetroceramiche; cristallizzazione controllata, Pyroceram, Macor, applicazioni delle vetroceramiche.
Proprietà dei vetri. Viscosità comportamento pseudoelestico, equazione di Vogel-Fulcher-Tamman. Dipendenza dalla viscosità da t e sua rilevanza tecnologica. Viscosità e composizione. Metodi per determinare la viscosità. Espansione termica, modello di Winkelman-Schott. Densità del vetro
Proprietà elettriche, conducibilità ionica e dipendenza dalla composizione.
Proprietà meccaniche dei vetri cricche superficiali, analisi delle cricche per bagno chimico, modulo di Young, processi di tempraggio termico e chimico (esempio commerciale: Gorilla glass by Corning). Proprietà ottiche del vetro silicaceo, spettro di trasmissione. Indice di rifrazione e sua dipendenza dalla composizione. Rifrettività molare, riflessione , dispersione. Aberrazione cromatica, Numero di Abbe, vetri flint e crown. Rifrattometro V-block. Opali
Vetri calcogenuri, struttura, composizione, processi di sintesi, applicazioni e proprietà.
Fibre ottiche, tipi diversi di fibre ottiche, tecniche di produzione. Vetri bioattivi, biovetro 45S5. Vetri metallici, proprietà meccaniche, parametri critici per la vetrificazione, metodi di produzione.
Bibliografia
Introduction to Glass Science and Technology
di J. E. Shelby
edizione: Royal Society of Chemistry
Fundamentals of Inorganic Glasses
Author: Arun Varshneya
Metodi didattici
Le lezioni saranno svolte mediante illustrazione dei concetti riassunti in slides. Per rendere maggiormente chiari alcuni passaggi della produzione industriale dei prodotti vetrosi saranno proiettati filmati. Sono previste visite didattiche presso stabilimenti di prodotti vetrari e istituti di ricerca dove è possibile vedere sistemi di produzione di materiali vetrosi non convenzionali. Sono inoltre previsti seminari da parte di esperti del ciclo produttivo di materiali vetrosi tradizionali.
Modalità verifica apprendimento
La procedura di valutazione è costituita da una prova orale che si compone in due fasi principali: nella prima si richiede l’esposizione di un argomento trattato durante le lezioni a scelta dello studente. L’argomento può essere uno qualsiasi tra i vari capitoli del corso (dalla parte teoria a quella più applicativa) e l’esposizione può basarsi solo sul materiale didattico fornito. Altrimenti è facoltà dello studente approfondire l’argomento con materiale aggiuntivo che può essere reperito con ricerche bibliografiche. Questa ultima indicazione non è obbligatoria ma è facoltà dello studente in base al suo grado d’interesse dell’argomento scelto portare ulteriori elementi di approfondimento che a lezione potrebbero essere stati solo accennati. Nella seconda fase il docente rivolgerà domande da parte del docente sul resto del programma per la verifica delle conoscenze dei diversi aspetti della Chimica e Tecnologia dei materiali vetrosi con esplorazione delle competenze acquisite sia per la parte teorica che per la parte di carattere tecnologico. In particolare è materia di valutazione la capacità del candidato di esporre gli argomenti utilizzando la terminologia corretta e di essere in grado di assumere le specifiche conoscenze in modo autonomo.
