L'insegnamento é dedicato alla specifica classe dei materiali ceramici e nell'ambito del terzo anno del corso di laurea, assieme ai corsi riguardanti altre specifiche classi di materiali (polimerici, metallici e per usi funzionali) riveste un ruolo di formazione specialistica e professionalizzante.

L’insegnamento si propone di fornire una cultura ingegneristica di base relativa ai materiali ceramici, con particolare enfasi alle correlazioni esistenti tra struttura, nano/microstruttura e prestazione del materiale, sottolineando le potenzialità di progettazione attraverso il controllo delle caratteristiche microstrutturali e dei parametri di processo nelle varie tappe della complessa processatura ceramica. Come esemplificazione viene approfondita la trattazione di alcuni materiali ceramici di particolare rilevanza industriale.

Scienza e Tecnologia dei Materiali

Introduzione all’insegnamento: riassunto delle principali caratteristiche e proprietà dei materiali ceramici. Cenni all’organizzazione cristallina dei principali materiali ceramici ossidici e non ossidici (allumina, zirconia, titania, silice e silicati, granati, perovskiti, spinelli, nitruri e ossinitruri, carburi e boruri).
Le polveri ceramiche: le caratteristiche attese in termini composizionali, superficiali, morfologici, di distribuzione granulometrica,.. Le principali tecniche di sintesi allo stato solido, per via umida, in fase gassosa. Confronto delle caratteristiche delle polveri in funzione della tecnica produttiva. La processatura delle polveri ceramiche: problematiche connesse alla comminuzione e alla miscelazione. Additivi di processo (tensioattivi, deflocculanti, coagulanti, plasticizzanti,...). Le tecniche di granulazione. Le proprietà di impaccamento delle polveri. La preparazione di sospensioni: bagnabilità, agglomerazione, stabilità colloidale, comportamento reologico. Le tecniche di formatura: a secco, ad umido, in pasta. Tecniche di pressatura a freddo e a caldo, tecniche di getto in stampo, su nastro, estrusione, iniezione. Essiccamento e eliminazione dei leganti e altri additivi.
La sinterizzazione. Gli aspetti termodinamici e cinetici che presiedono alla densificazione di un crudo ceramico. I fenomeni diffusivi: approfondimento sui temi della diffusione in fase solida. Il ritiro e l’evoluzione della porosità. La crescita di grano e il suo controllo. I meccanismi della sinterizzazione allo stato solido. La sinterizzazione in presenza di una fase liquida. La sinterizzazione reattiva. La sinterizzazione sotto pressione. Il ruolo degli additivi di sinterizzazione. Le tecniche di finitura dopo densificazione.
Le proprietà dei materiali ceramici e correlazione con la loro composizione/struttura/microstruttura.
Proprietà termiche: capacità termica, espansione termica, conduttività termica. Comportamento in temperatura: resistenza allo scorrimento viscoso e allo shock termico. Proprietà meccaniche: principi di meccanica della frattura applicata ai materiali fragili. Costanti elastiche, durezza, resistenza a rottura per compressione e flessione. Tenacità a frattura e comportamento in curva R. Modulo di Weibull. Possibilità di tenacizzazione dei materiali ceramici e suggerimenti per la progettazione. Comportamento ad usura. Cenni alle altre proprietà (ad esempio, ottiche). Breve descrittiva di alcune tipologie di ceramici tradizionali (leganti, refrattari,..).

60 ore saranno dedicate ai fondamenti teorici della Scienza e Tecnologia dei materiali ceramici; 10 ore ai fenomeni di trasporto di materia allo stato solido; le rimanenti ore saranno dedicate ad esercitazioni, anche a gruppi di tipo monografico, ed in Laib (carte di selezione di Ashby).

Dispense a cura del docente.
Testi di riferimento saranno suggeriti per le varie parti del Corso durante la discussione in aula.

L’esame finale consiste in una sola prova scritta. E’ volto ad accertare l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta della durata di due ore senza l'aiuto di appunti o libri. La prova scritta consiste di esercizi di calcolo e di domande a risposta chiusa o aperta. Complessivamente si tratta di cinque quesiti di cui tre dedicati agli aspetti teorici della scienza e tecnologia dei materiali ceramici, uno agli aspetti dei fenomeni di trasporto di materia in fase di densificazione e uno alle proprietà caratteristiche di questa categoria di materiali. Le domande si riferiscono ad argomenti trattati e presenti nelle dispense distribuite agli studenti riguardanti le tematiche svolte a lezione o esercitazione.
Ai fini della valutazione si tiene anche conto dell’attività di esercitazione a gruppi svolta nel corso del semestre, con particolare enfasi alla capacità critica con la quale gli studenti hanno affrontato la tematica proposta.