87445 - CERAMICS TECHNOLOGY AND MATERIALS CHARACTERIZATION M

Conoscenze e abilità da conseguire

Fornire nozioni relative alle caratteristiche, alle proprietà, alle tecnologie di lavorazione, agli impieghi ed al riciclo dei materiali ceramici. Conoscenza delle metodologie di base ed avanzate per la caratterizzazione delle proprietà meccaniche, termiche e morfologiche dei materiali.

Contenuti

Modulo 1 Ceramics technology (6 CFU, 48 ore, prof. Paola Fabbri e prof. Micaela Degli Esposti)

· Introduzione al corso. La ceramica ed i prodotti ceramici: definizioni, classificazioni. Ceramici tradizionali e ceramici speciali.

· Microstruttura e proprietà generali dei materiali ceramici. Cenni su materiali monocristallini, policristallini, amorfi. Legami atomici e strutture cristalline dei ceramici. Caratteristiche e distribuzione delle fasi. La porosità. Caratteristiche meccaniche, termiche, chimiche, elettriche dei materiali ceramici. Correlazioni fra microstruttura e proprietà.

· Le materie prime ceramiche. I silicati: silice, argille, feldspati. Le materie prime non silicatiche. Caratterizzazione e qualificazione delle materie prime, con particolare riferimento ai ceramici tradizionali: composizione chimica e mineralogica, granulometria, caratteristiche reologiche, plasticità, colabilità, caratteristiche termiche, fusibilità, comportamento in cottura. Gli impasti ceramici: composizione generale, funzioni, criteri di progettazione.

· La preparazione degli impasti ceramici. Macinazione, omogeneizzazione, regolazione dell'umidità. Processi a secco e processi a umido: principi, impianti, parametri operativi, criteri generali di dimensionamento e di scelta. Aspetti tecnici, energetici, gestionali.

· La formatura. Metodi di formatura: pressatura delle polveri, formatura in plastico, colaggio: principi, impianti, parametri operativi, criteri generali di dimensionamento e di scelta. Aspetti tecnici, energetici, gestionali.

· L'essiccamento. Il sistema argilla acqua e l'essiccamento. Principi generali dell'essiccamento dei manufatti ceramici. Processi di essiccamento: impianti, parametri operativi, criteri generali di dimensionamento e di scelta. Aspetti tecnici, energetici e gestionali.

· Gli smalti e la smaltatura. Funzioni degli smalti. Tipi, composizioni, struttura degli smalti ceramici. Caratteristiche e durabilità del sistema supporto/smalto. Tecniche di applicazione degli smalti e criteri generali di scelta.

· La cottura. Azione del calore sugli impasti ceramici tradizionali e sui rispettivi manufatti. Cottura del supporto e cottura dello smalto: bicottura e monocottura. Finalità e modalità della cottura ceramica. Tecnologie di cottura: impianti, parametri operativi, criteri generali di dimensionamento e di scelta. Aspetti tecnici, energetici e gestionali.

· I prodotti ceramici tradizionali: prodotti ceramici per l'edilizia, per la casa, per l'industria. Vengono trattati le seguenti classi di prodotti: laterizi, piastrelle, articoli sanitari, tubi, leganti, stoviglieria, ceramica artistica, refrattari, abrasivi, porcellane per elettrotecnica, discutendo per ognuna:

- classificazione

- cicli tecnologici di fabbricazione

- caratteristiche principali e rispettivi metodi di misura

- norme di riferimento e requisiti per le diverse caratteristiche

- correlazioni fra caratteristiche e prestazioni in esercizio

- criteri generali di scelta

· I prodotti ceramici per tecnologie avanzate. Classificazione funzionale. Ceramici a base di ossidi, nitruri, carburi, boruri. Le caratteristiche meccaniche dei ceramici strutturali. Meccanismi di rinforzo e tenacizzazione. Compositi a matrice ceramica. Principi e processi di sinterizzazione. Metodi convenzionali ed avanzati di ottenimento di polveri sinterizzabili.

· I prodotti ceramici e l'ambiente. Impatto ambientale dei processi ceramici: emissioni gassose ed idriche, fanghi e residui solidi, igiene dell'ambiente di lavoro. Stato attuale, legislazione e norme, prevenzione. Impatto ambientale dei prodotti ceramici: cessione di sostanze tossiche all'ambiente.

· Pigmenti e smalti.

· Vetri.

· Bioceramici per applicazioni in ingegneria protesica e medicina rigenerativa.

· Applicazioni speciali dei ceramici avanzati: gli scudi termici per veicoli spaziali.

· Il laboratorio ceramico presso il Centro Ceramico di Bologna.

 

Modulo 2 Materials characterization (3 CFU, 24 ore, Prof. Micaela Degli Esposti)

· Metodi per la determinazione delle proprietà fisiche dei materiali: densità e porosità

· Determinazione delle proprietà superficiali dei materiali: angolo di contatto, area superficiale specifica, tensiometria

· Metodi cromatografici per la caratterizzazione di polimeri: GPC

· Metodi spettroscopici per la caratterizzazione chimica dei materiali: FT-IR, UV-Vis, XRD

· Determinazione delle proprietà meccaniche d3i materiali: durezza, test a trazione, flessione e compressione, test d’impatto. Introduzione alla meccanica della frattura. Fatica.

· Analisi termica dei materiali: TGA, DTA, DSC

· Analisi termomeccanica: DMTA

· Microscopie: microscopia ottica, elettronica SEM e TEM, microscopia a forza atomica AFM e confocale

 

 

Testi/Bibliografia

· L. Bertolini - Materiali da costruzione, Volume primo, 2° Ed. – Città Studi Ed., Milano, 2010.

· W. F. Smith - Scienza e Tecnologia dei Materiali, 3° Ed - McGraw-Hill It., Milano, 2006.

· Instrumental methods of analysis. Hobart H. Willard, Lynne L. Merritt Jr, John A. Dean, Frank A. Settle Jr. CBS.

• Foundation of materials science and engineering. William Smith and Javad Haschemi. Mc Graw Hill.
• Materials science and engineering an introduction. William D. Callister and David G. Rethwisch. John Wiley & Sons.
• Fundamentals of materials science and engineering an integrated approach. William D. Callister and David G. Rethwisch. John Wiley & Sons.

· Materiale didattico fornito dai docenti disponibile su IoL.

Metodi didattici

Lezioni frontali ed esercitazioni in laboratorio.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame orale sui contenuti dei due moduli che costituiscono il corso complessivo.

Il voto finale è rappresentato dalla media pesata sui CFU dei due moduli del corso (Modulo 1 = 6 CFU; Modulo 2 = 3 CFU)

Strumenti a supporto della didattica

Slides preparate dai docenti e rese disponibili su piattaforma on line prima delle lezioni.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Paola Fabbri

Consulta il sito web di Micaela Degli Esposti