Il corso 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.

Il corso si propone di fornire una cultura ingegneristica di base relativa ai materiali ceramici, con particolare enfasi alle correlazioni esistenti tra struttura, 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, 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 impacchettamento 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, cenni a tecniche particolari (deposizione da fase vapore, serigrafia, produzione di coatings,...). 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 e il loro ruolo sul ritiro e sull’eliminazione 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. 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. Comportamento in temperatura: resistenza allo scorrimento viscoso, allo shock termico, superplasticità. Introduzione alle proprietà elettriche, magnetiche, ottiche.

Applicazioni delle teoria di weibull, Caso della flessione a tre punti.
Valutazione quantitativa del trasporto di materia, bilanci di materia, volumi di controllo di differente geometria.
Esercitazione a gruppidi tipo monografico.
Esercitazione in laboratorio – Laboratorio di analisi termica: misurazione della conducibilità termica mediante tecnica Laser Flash, misura della dilatazione termica, utilizzo della termobilancia.

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

L’esame finale è volto ad accertare l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta della durata di 2 ore senza l'aiuto di appunti o libri. La prova scritta consiste di 2 esercizi e 14 domande risposta chiusa o aperta. Le domande corrispondono ciascuna ad un argomento trattato a lezione e presente nelle dispense distribuite agli studenti riguardanti le tematiche svolte a lezione o esercitazione. Ogni quesito consente di ottenere un massimo di 2 punti. Per essere ammessi a sostenere la prova orale è necessario ottenere nella prova scritta un punteggio minimo di 18 punti.

Dopo il superamento degli scritti l’allievo viene convocato per una prova orale nella quale vengono approfondite le tematiche svolte a lezione e viene valutato lo spirito critico dello studente nei confronti delle nozioni apprese.
Da ultimo viene valutata l’attività di esercitazione a gruppi svolta nel corso del semestre con particolare enfazi alla capacità critica con la quale gli studenti hanno affrontato la tematica proposta nel corso del semestre.
Le tre valutazioni verranno mediate in modo pesato e concorreranno priteticamente alla definizione della valutazione finale per lo studente.