Obiettivi formativi
Conoscenze e capacità di comprendere:
Al termine del corso lo studente ci si attende che lo studente sia in grado di:integrare la sua conoscenza delle discipline chimiche di base con gli aspetti applicativi tipici dell'ingegneria; avere una panoramica completa dei materiali inorganici in relazione alla loro composizione chimica, alla loro struttura e alle caratteristiche di impiego. Avere una conoscenza dei principali aspetti ambientali collegati all’industria di produzione dei materiali inorganici trattati.
Competenze:
Alla fine del percorso di studio lo studente avrà saprà scegliere il materiale migliore per le applicazioni desiderate. Saprà prevedere trattamenti chimici e fisici da mettere in atto sui materiali per modificane la struttura per migliorarne le proprietà. Saprà anche mettere in atto gli accorgimenti opportuni per prolungare la vita del materiale. Lo studente saprà prevedere i controlli da eseguire per verificare che i materiali utilizzati rispondano alle caratteristiche desiderate. Sarà anche in grado di prevedere le criticità di alcuni processi industriali e di prevedere trattamenti chimici e fisici per modificare la struttura e le proprietà di un materiale; avrà le competenze per correlare le proprietà strutturali a quelle funzionali dei materiali
Autonomia di giudizio:
Al superamento dell’esame lo studente saprà valutare criticamente i dati analitici del comportamento meccanico di un materiale per prevederne il comportamento in opera, così come saprà interpretare i dati dei controlli di accettazione di un materiale da utilizzare. Sarà anche capace di valutare gli effetti ambientali di alcuni processi chimici.
Capacità comunicative:
Al superamento dell’esame lo studente saprà comunicare con una sufficiente proprietà di linguaggio, quanto meno per quanto attiene la terminologia tecnica e chimica specifica dell’insegnamento.
Capacità di apprendimento: lo studente sarà in grado di intraprendere studi accademici di livello superiore con un sufficiente grado di autonomia, lavorando anche in gruppo, o di continuare la propria formazione professionale. A questo proposito le attività seminariali hanno lo scopo di introdurre lo studente ai più recenti sviluppi in termini di ricerca nel campo della scienza dei materiali: lo studente maturerà le conoscenze e competenze di base della disciplina per affrontare, in futuro, un approfondimento autonomo di tali aspetti.
Prerequisiti
E' indispensabile la conoscenza della Chimica generale ed inorganica.
Contenuti dell'insegnamento
Argomenti teorici:
- Classi di materiali di interesse tecnologico e loro proprietà caratterizzanti (proprietà meccaniche, termiche, chimiche e relative misure).
- Relazioni tra microstruttura e proprietà (difetti nei cristalli, soluzioni solide).
- Richiami su equilibri eterogenei e diagrammi di stato.
- Materiali leganti: calce aerea e gesso; calci idrauliche naturali e artificiali; cementi silico-basici (Portland, di miscela: pozzolanico e d'alto forno, Portland speciali: ferrico e bianco): principi produttivi, meccanismi di presa ed indurimento; cemento alluminoso; saggi tecnici sui cementi.
- Conglomerati cementizi: inerti; malte e calcestruzzi: proprietà e prove sul calcestruzzo fresco (lavorabilità, bleeding). Reoplasticità. Additivi per calcestruzzo. Calcestruzzi leggeri: porosi e cellulari. Conglomerati fibrorinforzati, conglomerati con fly-ash, silica fume, e polimero impregnati. Proprietà del calcestruzzo indurito: ritiro, scorrimento viscoso (fluage), resistenza meccanica. Proporzionamento del calcestruzzo o mix-design. Trattamenti igro-termici dei conglomerati cementizi. Degradazione dei conglomerati cementizi.
- Materiali metallici. Leghe ferrose: ghise, acciai semplici e legati (da carpenteria, inossidabili, da utensili). Diagramma di stato ferro-carbonio. Trattamenti termici dell'acciaio (tempra,ricottura, normalizzazione).
- Fenomeni di corrosione nei metalli. Metodi protettivi contro la corrosione.- Ciclo del combustibile nucleare, tipi di reattori e smaltimento delle scorie.
-Per ogni categoria di materiali affrontata verranno messi in luce i principali aspetti critici dal punto di vista della sostenibilità ambientale.
Programma esteso
Proprietà dei materiali e loro struttura (macro, micro e atomica/molecolare). Materiali metallici, ceramici e compositi. Struttura atomica e legami (ionici e covalenti). Energie di reticolo e proprietà dei materiali. Reticolo spaziale e celle unitarie. Sistemi cristallini e reticoli di Bravais. Principali strutture cristalline metalliche (CFC, CCC, EC): numero di atomi, di coordinazione e fattore di impaccamento atomico (APF). Introduzione agli indici di Miller. Confronto tra i cristalli CFC ed EC. Densità. Polimorfismo e allotropia. Solidificazione dei metalli. Crescita di cristalli e formazione della struttura a grani. Tipi di grani. Soluzioni solide metalliche: sostituzionale e interstiziale. Difetti cristallini: di punto, linea, superficie e volume. Il carbonio nel reticolo del ferro: ruolo della forma del vuoto reticolare. Moto delle dislocazioni e deformazione plastica. Incrudimento. Moltiplicazione di dislocazioni. Dimensione del grano e sua misura. Leganti. Il gesso: caratteristiche e preparazione. Calce aerea. Calci idrauliche. Pozzolane naturali ed artificiali; produzione, composizione e proprietà. Cemento: definizioni. Portland. Ciclo di produzione del cemento. Fabbricazione del clinker. Trasformazioni che avvengono durante la cottura. Idratazione del Cemento Portland. Presa ed indurimento. Struttura del gel di cemento (CSH). Tonalità termica. Aggiunte minerali. Porosità. Moduli del cemento. Tipi di cemento. Classi di resistenza. Misura dei tempi di presa e dell'espansione. Prova di compressione. Requisiti chimici. Grado di idratazione. Permeabilità. Relazioni di Powers. Pori capillari e diffusività. Acqua nei pori. Proprietà del calcestruzzo fresco. Lavorabilità. Classi di consistenza. Regole di Lyse. Segregazione, bleeding e zona di transizione. Altri ingredienti nel calcestruzzo. Additivi. Proprietà e caratteristiche. Potenziale zeta. Aggregati o inerti. Proprietà meccaniche del calcestruzzo indurito. Analisi statistica dei test a compressione. Classi di resistenza. Durabilità e degrado del calcestruzzo. Azioni espansive: cicli di gelo e disgelo. Attacco solfatico. Reazioni alcalo-aggregati. Acque dilavanti. Normativa Uni-EN 2016-1. Confezionamento di un calcestruzzo. Armature e loro ruolo. Passivazione, depassivazione e corrosione delle armature. Carbonatazione. Corrosione da cloruri. Calcestruzzi speciali. Valutazione dell'impatto del cementificio sulla sostenibilità ambientale. Diagrammi di stato. Curve di raffreddamento. Lettura del diagramma. Diagrammi di stato ternari. Lavorazione dei materiali metallici. Deformazione elastica, plastica e rottura. Proprietà di resistenza meccanica dei materiali. Grafici sforzo/deformazione. Prova di trazione. Modulo elastico, di taglio e di Poisson. Deformazione plastica. Comportamento a frattura. Tenacità. Incrudimento. Recovery e ricristallizzazione. Resilienza e prova di impatto. Temperatura di transizione duttile/fragile. Durezza e prove. Fatica dei metalli. Creep. Proprietà termiche. Diagramma di stato Fe/Fe3C. Ghise ed acciai. Trasformazioni durante il raffreddamento in condizioni di equilibrio. Metallurgia primaria e secondaria. Altoforno. Produzione dell'acciaio. Lavorazioni dei materiali metallici. Corrosione. Potenziali di riduzione e DG. Diagrammi di Pourbaix. Passivazione e curva di polarizzazione. Serie. Diversi tipi di corrosione. Natura dell'ossido di protezione. Controllo della corrosione. Protezione catodica ed anodica. Acciai. Cenni sulle ghise. Microstrutture non di equilibrio. Martensite e tempra martensitica. Trattamenti termici. Curve TTT e CCT. Trattamenti termici degli acciai. Classificazione e designazione degli acciai. Acciai legati. Elementi alfogeni e gammogeni. Acciai inossidabili ferritici, austenitici, martensitici e duplex. Acciai per calcestruzzo armato. Diagramma di Schaeffler. Acciai CorTen. Ciclo del combustibile nucleare. Tipi di reattori nucleari. Ottenimento del combustibile nucleare. Smaltimento delle scorie dalle centrali nucleari.
Bibliografia
Testo consigliato:
Luca Di Palma: “Tecnologia dei Materiali e Chimica Applicata”
Società Editrice Esculapio
Materiale didattico fornito dal docente.
Metodi didattici
Il corso si articola in una serie di lezione frontali avvalendosi della proiezione di lucidi
Durante il corso possono essere organizzati seminari di approfondimento di alcune tematiche affrontate. Compatibilmente con la disponibilità delle aziende del settore, saranno organizzate visite presso stabilimenti di produzione ed analisi dei materiali da costruzione. Le slides utilizzate a supporto delle lezioni verranno messe a disposizione degli studenti prima che venga affrontato l’argomento.
Modalità verifica apprendimento
La verifica della preparazione consiste in una prova . La prova orale è costituita da 4 domande aperte il cui peso è di 7.5 punti ciascuna. Una domanda riguarda le classi dei materiali e la relazione tra struttura e proprietà; una seconda domanda riguarda i materiali leganti; una terza domanda riguarda i materiali metallici ed una quarta domanda richiederà la descrizione di una prova tecnologica. Durante la prova non è consentito consultare alcun tipo di materiale. Se fosse necessario verrà fornito dal docente. La lode verrà assegnata allo studente che oltre ad aver correttamente risposto con completezza alle domande, saprà manifestare capacità di collegamento tra i vari argomenti.
Altre informazioni
E’ vivamente consigliata la frequenza del corso. Una versione ancora più estesa e dettagliata del programma è riportata sulla pagina elly del corso.
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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