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a Ciclo Unico
Scuola di Scienze
SCIENZA DEI MATERIALI
Insegnamento
FONDAMENTI DI SCIENZA DEI MATERIALI
SCP8083178, A.A. 2019/20

Informazioni valide per gli studenti immatricolati nell'A.A. 2018/19

Principali informazioni sull'insegnamento
Corso di studio Corso di laurea in
SCIENZA DEI MATERIALI
SC1163, ordinamento 2008/09, A.A. 2019/20
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Crediti formativi 7.0
Tipo di valutazione Voto
Denominazione inglese FUNDAMENTALS OF MATERIALS SCIENCE
Dipartimento di riferimento Dipartimento di Scienze Chimiche
Obbligo di frequenza No
Lingua di erogazione ITALIANO
Sede PADOVA
Corso singolo È possibile iscriversi all'insegnamento come corso singolo
Corso a libera scelta È possibile utilizzare l'insegnamento come corso a libera scelta

Docenti
Responsabile ALESSANDRO MARTUCCI ING-IND/22

Mutuante
Codice Insegnamento Responsabile Corso di studio
IN02123336 FONDAMENTI DI SCIENZA DEI MATERIALI ALESSANDRO MARTUCCI IN1840

Dettaglio crediti formativi
Tipologia Ambito Disciplinare Settore Scientifico-Disciplinare Crediti
AFFINE/INTEGRATIVA Attività formative affini o integrative ING-IND/22 7.0

Organizzazione dell'insegnamento
Periodo di erogazione Secondo semestre
Anno di corso II Anno
Modalità di erogazione frontale

Tipo ore Crediti Ore di
didattica
assistita
Ore Studio
Individuale
LEZIONE 7.0 56 119.0

Calendario
Inizio attività didattiche 02/03/2020
Fine attività didattiche 12/06/2020
Visualizza il calendario delle lezioni Lezioni 2019/20 Ord.2008

Commissioni d'esame
Nessuna commissione d'esame definita

Syllabus
Prerequisiti: Il corso richiede le conoscenze degli esami di chimica, fisica e matematica del primo e secondo anno.
Conoscenze e abilita' da acquisire: Il principale obiettivo del corso e far apprendere agli studenti le conoscenze di base sulla relazione tra struttura e proprietà delle diverse classi di materiali. In particolare si approfondiranno le relazioni tra struttura dei metalli, ceramici e polimeri e le loro proprietà meccaniche. Alla fine del corso lo studente dovrà essere in grado dii saper interpretare i diagrammi di fase a due componenti. Inoltre dovrà avere una visione generale dei principali processi di produzione delle varie classi di materiali.
Modalita' di esame: Esame scritto costituito da due domande estese e cinque domande brevi. Inoltre ci sarà almeno un esercizio sui seguenti argomenti: diagrammi di fase, proprietà termo-meccaniche, diffusione, struttura.
Criteri di valutazione: La valutazione dello studente si baserà sulla comprensione degli argomenti svolti, sull'acquisizione dei concetti e delle metodologie proposte e sulla capacità di applicarli in modo consapevole ed autonomo.
Contenuti: Struttura dei materiali
Il legame chimico. Curve del potenziale e della forza di legame. Caratteristiche del legame ionico.
Caratteristiche del legame covalente, metallico e dei legami deboli. Introduzione alle strutture cristalline. Reticoli di Bravais. Reticoli di Bravais. Notazioni cristallografiche. Cristalli metallici. Fattore d’impaccamento. Strutture CFC, EC e CCC.
Sistemi di facile scorrimento. Cristalli ionici. Cristalli covalenti e cristalli molecolari. Cristallinità nei polimeri. Difetti nei cristalli. Difetti puntuali e loro concentrazione di equilibrio. Dislocazioni lineari, elicoidali e miste. Interazioni tra dislocazioni e con difetti. Sorgente di Frank-Read. Difetti superficiali.
Aspetti termodinamici
Trasformazioni nei materiali: aspetti termodinamici. Regola delle fasi di Gibbs. Diagramma a due componenti miscibili allo stato solido. Regola della leva inversa. Sistemi a totale immiscibilità ed a parziale miscibilità. Sistemi con eutettoide, peritettico, composti intermedi a fusione congruente ed incongruente. Superfici ed energia superficiale/interfacciale. Legge di Laplace. Effetto capillare. Proprietà delle superfici curve. Interazioni tra fasi ed angolo di bagnabilità.
Aspetti cinetici
Trasformazioni di fase: aspetti cinetici. Processi diffusivi. Meccanismi diffusivi nei solidi. Prima e seconda legge di Fick. Dipendenza dalla temperatura e dal meccanismo diffusivo. Teoria della nucleazione omogenea. Nucleazione eterogenea. Accrescimento. Curve di raffreddamento e microstrutture di solidificazione. Trasformazioni di non equilibrio. Accrescimento della grana cristallina. Sinterizzazione. Stato vetroso e sua fenomenologia di formazione. Cinetica della transizione vetrosa Modello e regole di Zachariasen. Ossidi formatori e modificatori.
Proprietà dei materiali
Proprietà meccaniche: Concetti di sforzo e deformazione unitaria. Comportamento elastico: legge di Hooke e interpretazione atomica. Comportamento anelastico. Comportamento plastico. Sforzo teorico per lo scorrimento di piani cristallini. Deformazione plastica di un monocristallo e di un materiale policristallino. Incrudimento e ricristallizzazione. Comportamento viscoso e legge di Newton. Cenno al comportamento non-newtoniano. Comportamento viscoelastico. Caratteristiche della frattura fragile. Sforzo teorico di decoesione: previsione teorica. Criterio della concentrazione dello sforzo. Criterio energetico di Griffith. Concetto di KIc. Durezza e microdurezza. Cenni alla statistica di Weibull. Creep: cenni sulle generalità del fenomeno.
Proprietà termiche: Capacità termica e dilatazione termica: definizioni e interpretazioni atomiche. Conducibilità termica: definizione e cenni all’interpretazione. Tensioni termiche in condizioni di vincolo mono-, bi- e tri-assiale. Shock termico: fenomeno, prove, fattori di merito.
Proprietà chimiche: Cenni sulla corrosione ed il degrado dei materiali metallici, ceramici e polimerici.
Proprietà ottiche: Riflessione, Trasmissione e Assorbimento. Rifrazione e indice di rifrazione. Origine del colore dei materiali. Diffusione.
Classi di materiali e loro processi di produzione
Metalli: Diagramma ferro-carbonio. Trattamenti termici (curve TTT e CCT, ecc.). Ghise. Acciai (tipi principali). Cenni alle tecnologie di produzione (colata, lavorazioni per deformazione plastica).
Ceramici: Processi di produzione: finalità e modalità di esecuzione delle fasi principali. Ceramici tradizionali principali. Principali tipi di refrattari. Cenni sui ceramici avanzati. Cementi e calcestruzzi.
Vetri: Processi di produzione: finalità e modalità di esecuzione delle fasi principali, con riferimento al vetro piano ed al vetro cavo. Cenni sul processo di tempra termica e chimica.
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento: Lezioni frontali, esercitazioni in classe, sezioni di tutoring, quiz in classe, schemi e mappe concettuali.

Informazioni aggiuntive per gli studenti della Laurea Triennale in Scienza dei Materiali
Il corso di Scienza dei Materili è diviso in due moduli. Il modulo B è mutuato dal corso di Fondamenti di Scienza dei Materiali, mentre il Modulo A è tenuto dalla Prof.ssa C. Marega. Il programma del modulo A è il seguente:
Introduzione alla Polymer Science. Definizioni e termini relativi ai polimeri. Classificazione dei polimeri. Generalità sulle soluzioni e frazionamento. Metodi di determinazione dei pesi molecolari medi: osmometria, light scattering, viscosimetria, GPC. Tecniche spettroscopiche UV-Visibile, IR, NMR. Polimeri amorfi. Polimeri e cristallinità. Analisi termica (DSC, TGA). Diffrazione dei raggi X ad alto e basso angolo. Microscopia ottica ed elettronica. Elementi di viscoelasticità lineare. Proprietà meccaniche e loro misura. Reologia e reometria.
L'esame si svolgerà in forma orale.
Eventuali indicazioni sui materiali di studio: Gli studenti potranno scaricare i lucidi delle lezioni dalla piattaforma moodle del DII. Saranno presenti anche: schemi, approfondimenti su specifici argomenti, esercizi risolti, esempi di domande degli esami.

Testi per il modulo A del corso di Scienza dei Materiali, per gli studenti della Laurea Triennale in Scienza dei Materiali:
Principles of Polimerization, G.Odian, Wiley-Interscience
Fondamenti di scienza dei polimeri, AIM-Pacini editore (1998)
Fundamental of Polymer Science: an Introductory Text, P: Painter, M.M.Coleman, CRS Press.
Testi di riferimento:
  • Massimo Guglielmi, Fondamenti di scienza dei materiali. --: Libreria Progetto, --. Copertina verde Cerca nel catalogo
  • Callister, William D.; Caneva, Claudio, Scienza e ingegneria dei materialiuna introduzioneWilliam D. Callisteredizione italiana a cura di Claudio Caneva. Napoli: EdiSES, --. Cerca nel catalogo

Didattica innovativa: Strategie di insegnamento e apprendimento previste
  • Lecturing
  • Case study
  • Questioning
  • Problem solving
  • Mappe concettuali
  • Utilizzo di video disponibili online o realizzati
  • Files e pagine caricati online (pagine web, Moodle, ...)

Didattica innovativa: Software o applicazioni utilizzati
  • Moodle (files, quiz, workshop, ...)

Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
Istruzione di qualita' Uguaglianza di genere Industria, innovazione e infrastrutture Consumo e produzione responsabili