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 di Scienza e Tecnologia dei Materiali Ceramici si propone di fornire una cultura ingegneristica di base sui materiali ceramici, con particolare enfasi sulle correlazioni esistenti tra struttura, microstruttura e prestazione del materiale. Le diverse fasi del processo ceramico saranno analizzate in modo da individuare le variabili di processo e capire come influenzano le prestazioni finali del materiale. Accanto agli approfondimenti teorici, verranno presentati esempi illustrativi che consentano allo studente di concretizzare i concetti appresi e verranno proposte esercitazioni da fare in aula in piccoli gruppi in modo da sviluppare la capacità degli studenti di lavorare in team. L'insegnamento prevede, infine, attività di laboratorio per far meglio comprendere agli studenti il processo di ottenimento di materiali ceramici tradizionali e la loro caratterizzazione.

Obiettivi didattici specifici dell'insegnamento Al termine dell'insegnamento lo studente avrà acquisito una robusta cultura ingegneristica relativa ai materiali ceramici ed in particolare si chiederà allo studente di: - conoscere e comprendere le correlazioni esistenti tra composizione, struttura, nano/microstruttura e prestazioni del materiale; - conoscere e comprendere le varie fasi del processo ceramico e come i parametri di processo influenzano le proprietà dei componenti finali; - conoscere e comprendere le proprietà meccaniche dei materiali ceramici e la correlazione con la loro struttura; - conoscere e comprendere le principali classi di materiali ceramici tradizionali di interesse industriale nonché vetri e materiali leganti (principali proprietà, tecnologie produttive, applicazioni e fenomeni di degrado); - applicare le conoscenze acquisite sui materiali e sul processo ceramico per risolvere esercizi pratici relativi a proprietà meccaniche, termiche, reologiche e chimico-mineralogiche; - applicare le conoscenze acquisite sulle proprietà dei materiali ceramici per comprendere, selezionare e interpretare le principali tecniche di caratterizzazione dei materiali ceramici; - applicare le conoscenze acquisite sui materiali, le loro proprietà e i processi di trasformazione per comprendere e selezionare in modo consapevole e sostenibile il materiale e la tecnologia produttiva più appropriata per la realizzazione di componenti ceramici. Obiettivi didattici trasversali dell'insegnamento L'insegnamento, che oltre alle lezioni frontali sperimenta approcci di didattica innovativa (Team-base learning e Project-based learning), ha come obiettivi didattici trasversali: (i) migliorare le capacità critiche dello studente che, grazie alle esperienze di laboratorio, sarà in grado di utilizzare le conoscenze acquisite per analizzare ed elaborare dati numerici e per sostenere le relative scelte decisionali; (ii) migliorare le abilità comunicative scritte dello studente che, per ogni attività di laboratorio, dovrà redigere una relazione; (iii) migliorare le capacità di lavorare in gruppo

Nozioni di base conseguite nell’insegnamento di Scienza e Tecnologia dei Materiali

L’insegnamento (10 CFU) è suddiviso in circa 70 ore di lezioni frontali, 20 ore di esercitazioni in aula e 10 ore di attività di laboratorio. In particolare verranno trattati i seguenti argomenti, con il relativo peso in CFU: Introduzione all’insegnamento (1 CFU): 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 (1 CFU): le caratteristiche attese in termini composizionali, superficiali, morfologici, di distribuzione granulometrica. Le principali tecniche di caratterizzazione della morfologia e delle proprietà chimiche e fisiche delle polveri (composizione chimica, mineralogica, granulometria, densità). 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 (0,5 CFU): bagnabilità, agglomerazione, stabilità colloidale, comportamento reologico. Le tecniche di formatura (0,5 CFU): 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 (0,5 CFU). 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 e decorazione dopo densificazione (0,5 CFU). Gli smalti ceramici: composizione e proprietà. Le fritte: composizione e proprietà. I pigmenti ceramici: sintesi e proprietà. Le proprietà dei materiali ceramici e correlazione con la loro composizione/struttura/microstruttura (1 CFU). 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). I materiali leganti (1 CFU). I leganti aerei e i leganti idraulici: processi di ottenimento, fenomeni di presa e indurimento e proprietà. Molte e calcestruzzi: composizione e proprietà. I fenomeni di degrado del calcestruzzo e del calcestruzzo armato. Il mix design. Il vetro (0,5 CFU). Proprietà e tecnologie per l'ottenimento di vetro piano e vetro cavo. Breve descrittiva di alcune tipologie di ceramici tradizionali (sanitari, laterizi, piastrelle, refrattari,..) (0,5 CFU). Le lezioni teoriche saranno integrate da: - esercitazioni in aula (2 CFU): la caratterizzazione chimica, mineralogica e granulometrica delle materie prime ceramiche; la reologia delle barbottino ceramiche; la sinterizzazione dei materiali ceramici; il mix design; gli strumenti informatici (Cambridge Engineering Selector, CES) per la selezione dei materiali e delle loro tecnologie di produzione; - esperienze di laboratorio (1 CFU). Gli studenti saranno suddivisi in piccoli gruppi (3-4 studenti) ed effettueranno esperienze dirette su: il processo ceramico (macinazione; pressatura; sinterizzazione); la scorrevolezza delle polveri; le proprietà meccaniche e la porosità dei materiali ottenuti; la resistenza a compressione di cementi. Le esperienze di laboratorio dovranno essere documentate con report scientifici che saranno oggetto di valutazione finale, sulla base di una presentazione dei risultati conseguiti secondo uno schema che sarà fornito e discusso durante le esercitazioni in aula a cura del docente. A seconda della disponibilità delle aziende del settore al termine dell'insegnamento possono essere organizzate visite in azienda (per esempio cementificio, vetreria, fornace....).

L’insegnamento è strutturato in: - 70 ore di lezione in aula, mirate allo sviluppo di conoscenze relative ai fondamenti teorici e applicativi della Scienza e Tecnologia dei materiali ceramici (come descritto in dettaglio nel programma); - 20 ore di esercitazioni in aula e in laboratorio informatico, individuali e in team, mirate a stimolare l’abilità di applicare le conoscenze acquisite nell'analisi e nel commento di analisi e caratterizzazioni fornite dal Docente (come descritto in dettaglio nel programma); - 10 ore di esperienze di laboratorio, in team, mirate a sviluppare la comprensione delle varie fasi del processo ceramico e a stimolare l'abilità di commento critico dei risultati ottenuti (come descritto in dettaglio nel programma). Qualora nell’AA 2020/21 permanessero limitazioni all’accesso in presenza, le lezioni ed esercitazioni verranno fruite in modalità sincrona su piattaforma di Ateneo. Le attività di laboratorio verranno organizzate in presenza con possibilità di partecipazione in remoto.

Dispense a cura del docente messe a disposizione attraverso il portale della Didattica Per l'approfondimento testi suggeriti per le varie parti del Corso durante la discussione in aula.

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Elaborato scritto prodotto in gruppo;

Exam: Written test; Group essay;

... Studenti frequentanti (ovvero che hanno frequentato i laboratori dell'insegnamento). L’esame finale è volto ad accertare l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta e la valutazione dei report scientifici consegnati. La prova scritta ha la durata di due ore senza l'aiuto di appunti o libri. La prova scritta consiste in esercizi e in domande a risposta aperta. Complessivamente si tratta di cinque quesiti di cui tre dedicati agli aspetti teorici della scienza e tecnologia dei materiali ceramici, uno alle proprietà caratteristiche di questa categoria di materiali, uno alle esperienze di laboratorio. Le domande si riferiscono ad argomenti trattati e presenti nelle dispense distribuite agli studenti riguardanti le tematiche svolte a lezione o esercitazione. Al voto della prova scritta (che pesa per 18/30) si aggiungerà il voto risultante dalle attività di esercitazione e laboratorio a squadre svolte nel corso del semestre, con particolare enfasi alla capacità critica con la quale gli studenti hanno affrontato le tematiche proposte (ogni relazione max 2 punti; 7 relazioni). Studenti non frequentanti (ovvero che non hanno frequentato i laboratori dell'insegnamento). L’esame finale è volto ad accertare l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta. La prova scritta ha la durata di tre ore senza l'aiuto di appunti o libri. La prova scritta consiste in esercizi e in domande a risposta aperta. Complessivamente si tratta di sette quesiti di cui cinque dedicati agli aspetti teorici della scienza e tecnologia dei materiali ceramici, due 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.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.

Modalità di esame: Elaborato scritto prodotto in gruppo; Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;

Studenti frequentanti (ovvero che hanno frequentato i laboratori dell'insegnamento). L’esame finale è volto ad accertare l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta e la valutazione dei report scientifici consegnati. La prova scritta ha la durata di due ore senza l'aiuto di appunti o libri. La prova scritta consiste in esercizi e in domande a risposta aperta. Complessivamente si tratta di cinque quesiti di cui tre dedicati agli aspetti teorici della scienza e tecnologia dei materiali ceramici, uno alle proprietà caratteristiche di questa categoria di materiali, uno alle esperienze di laboratorio. Le domande si riferiscono ad argomenti trattati e presenti nelle dispense distribuite agli studenti riguardanti le tematiche svolte a lezione o esercitazione. Al voto della prova scritta (che pesa per 18/30) si aggiungerà il voto risultante dalle attività di esercitazione e laboratorio a squadre svolte nel corso del semestre, con particolare enfasi alla capacità critica con la quale gli studenti hanno affrontato le tematiche proposte (ogni relazione max 2 punti; 7 relazioni). Studenti non frequentanti (ovvero che non hanno frequentato i laboratori dell'insegnamento). L’esame finale è volto ad accertare l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta. La prova scritta ha la durata di tre ore senza l'aiuto di appunti o libri. La prova scritta consiste in esercizi e in domande a risposta aperta. Complessivamente si tratta di sette quesiti di cui cinque dedicati agli aspetti teorici della scienza e tecnologia dei materiali ceramici, due 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.

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Elaborato scritto prodotto in gruppo; Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;

Studenti frequentanti (ovvero che hanno frequentato i laboratori dell'insegnamento). L’esame finale è volto ad accertare l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta e la valutazione dei report scientifici consegnati. La prova scritta ha la durata di due ore senza l'aiuto di appunti o libri. La prova scritta consiste in esercizi e in domande a risposta aperta. Complessivamente si tratta di cinque quesiti di cui tre dedicati agli aspetti teorici della scienza e tecnologia dei materiali ceramici, uno alle proprietà caratteristiche di questa categoria di materiali, uno alle esperienze di laboratorio. Le domande si riferiscono ad argomenti trattati e presenti nelle dispense distribuite agli studenti riguardanti le tematiche svolte a lezione o esercitazione. Al voto della prova scritta (che pesa per 18/30) si aggiungerà il voto risultante dalle attività di esercitazione e laboratorio a squadre svolte nel corso del semestre, con particolare enfasi alla capacità critica con la quale gli studenti hanno affrontato le tematiche proposte (ogni relazione max 2 punti; 7 relazioni). Studenti non frequentanti (ovvero che non hanno frequentato i laboratori dell'insegnamento). L’esame finale è volto ad accertare l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta. La prova scritta ha la durata di tre ore senza l'aiuto di appunti o libri. La prova scritta consiste in esercizi e in domande a risposta aperta. Complessivamente si tratta di sette quesiti di cui cinque dedicati agli aspetti teorici della scienza e tecnologia dei materiali ceramici, due 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.