Struttura delle ceramiche. Difetti nei cristalli. Termodinamica della transizione vetrosa. Teoria cinetica. Diagrammi di fase. Struttura dei vetri. Vetri ossidi e non-ossidi. Processo di fusione del vetro. Cristallizzazione del vetro. Proprietà ed applicazioni di materiali vetroceramici. Caratteristiche reologiche, meccaniche e chimiche dei vetri. Proprietà ottiche, colorazione dei vetri e degli smalti ceramici. Produzione di vetri e ceramiche. Applicazioni dei vetri e dei materiali ceramici.
Comprensione degli aspetti teorici principali che stanno alla base delle proprietà strutturali, meccaniche, elettriche e ottiche dei vetri e delle ceramiche. Conoscenze di base per la comprensione di una pubblicazione scientifica su materiali vetrosi e/o ceramici. Conoscenze di aspetti tecnologici e industriali riguardanti questi materiali.
Prerequisiti
Corsi vincolanti: Chimica Generale e Inorganica.
Corsi raccomandati: Chimica Fisica I, Fisica sperimentale.
Metodi Didattici
Numero di ore relative alle attività in aula: 48.
Modalità di verifica apprendimento
L'esame è orale ed è diviso in due sessioni separate da non più di sei mesi. Una sesione è relativa ai moduli tenuti da Chelli e Signorini, mentre l'altra sessione è relativa al modulo tenuto da Baldi. Il voto finale corrisponde alla media pesata dei voti ottenuti nelle due sessioni. I pesi sono 2/3 per la prima sessione e 1/3 per la seconda.
Programma del corso
Docenti: Giovanni Baldi, Riccardo Chelli, Giorgio Federico Signorini
Modulo 1: MATERIALI CERAMICI E TEORIA GENERALE SUI VETRI (R. Chelli)
Ceramiche e solidi cristallini. Reticoli a massimo impacchettamento. Stabilità dei reticoli cristallini. Regole di Pauling. Struttura delle ceramiche. Difetti reticolari puntiformi intrinseci ed estrinseci, dislocazioni, difetti di superficie e di volume. Richiami di termodinamica. Transizioni di fase. Termodinamica della transizione vetrosa. Teoria cinetica di formazione di cristalli e vetri. Diagrammi tempo-temperatura-trasformazione. Diagrammi di fase per sistemi ad uno e due componenti. Regola delle fasi di Gibbs. Regola della leva. Sistemi eutettici e peritettici. Esempi di diagrammi di fase complessi.
Modulo 2: CARATTERISTICHE STRUTTURALI DEI VETRI (G. F. Signorini)
Descrizione della struttura dei vetri: funzione di distribuzione a coppie ed altri parametri strutturali. Metodi sperimentali per la determinazione della struttura nei vetri: metodi basati su scattering/diffrazione; cenni a NMR e spettroscopia vibrazionale. Metodi computazionali per lo studio della struttura dei vetri: metodi di simulazione Monte Carlo e di dinamica molecolare. Modelli strutturali dei vetri: continuous random network, modelli topologici (bonding models), random close packing. Struttura di varie classi di vetri e relazione tra struttura e proprietà. Vetri ossidi monocomponente: vetri di silice e di ossido di boro. Vetri ossidi con modificatori di reticolo. Vetri ossidi con più formatori di reticolo. Relazione tra struttura e proprietà. Vetri non-ossidi: vetri a prevalente carattere covalente, vetri metallici, vetri di sali misti.
Modulo 3: ASPETTI TECNOLOGICI DI MATERIALI CERAMICI E VETROSI (G. Baldi)
Processo di fusione del vetro e modelli del fuso. Immiscibilità liquido-liquido. Cristallizzazione del vetro. Proprietà ed applicazioni di materiali vetroceramici. Caratteristiche reologiche dei vetri: viscosità e sua influenza sul processo di produzione del vetro. Caratteristiche meccaniche dei vetri: resistenza, durezza e tenacità, meccanismo della frattura. Proprietà ottiche ed il colore, colorazione dei vetri e degli smalti ceramici. Pigmenti e colori: dalla tradizione ai nuovi materiali. Proprietà chimiche: corrosione dei vetri, I e II stadio della corrosione. Produzione del vetro e dei materiali ceramici, processo float. Materiali intelligenti. Applicazioni dei vetri e dei materiali ceramici tradizionali ed innovativi.