Probabilmente nessun settore industriale come quello aeronautico-spaziale manifesta una richiesta così continua di materiali innovativi e una disponibilità consolidata alla sperimentazione di nuove soluzioni. L’introduzione di requisiti sempre più stringenti crea nuove e sempre più significative esigenze e problematiche alle quali la ricerca industriale deve dare risposta con competitiva tempistica e appropriata affidabilità. Questo obiettivo non può essere conseguito se la cultura dell’ingegnere aerospaziale non si arricchisce di una conoscenza approfondita dei materiali e delle fondamentali correlazioni esistenti tra i vari livelli di struttura (composizione, nanostruttura, microstruttura, macrostruttura) e le proprietà, non necessariamente e in modo univoco meccaniche, ma anche chimico-fisiche (di durabilità, termiche, ottiche, magnetiche,…). Tali basi conoscitive ed interpretative dei materiali e delle loro prestazioni ‘a tutto tondo’ costituiscono, infatti, non solo uno strumento per comprendere le nuove proposte di materiali, che rapidamente si susseguono nel mondo aerospaziale, ma anche per agire come protagonisti nella innovazione e nella ideazione di nuovi materiali.

L’obiettivo è di fornire allo studente le nozioni base in termini di materiali e tecnologie che gli permetta di approcciare in modo consapevole la notevole moltitudine di materiali per le applicazioni aerospaziali: - selezione del materiale più opportuno per i requisiti dell'applicazione; - tecnologie con cui si può realizzare un componente una volta scelto il materiale; - trattamenti termici, trattamenti superficiali mirati a massimizzare le prestazioni dei diversi materiali. - conoscere le nomenclature dei materiali (in particolare quella internazionale) - conoscere la terminologia internazionale, in particolare quella inglese. Verranno trattati i materiali attualmente stato dell'arte ma tenendo conto della notevole velocità con la quale, nel settore aerospaziale, si osserva la penetrazione di nuovi materiali e tecnologie ad essi connesse, l'insegnamento vuole fornire anche una visione delle attuali linee di ricerca per superare i limiti dei materiali/ tecnologie. In questo modo l'Ingegnere aerospaziale acquisirà terminologie e conoscenze che favoriranno il dialogo con altre culture (quali la scienza e tecnologia dei materiali e gli ingegneri dei Materiali) per lo sviluppo di nuovi materiali per il settore aerospaziale.

Lo studente deve possedere una cultura di base solida e ampia sui materiali, a partire dalla loro natura e struttura fino alle principali proprietà. Deve pertanto possedere informazioni consolidate sulla struttura della materia ai vari livelli di scala dimensionale, sulle strutture amorfe e cristalline, e le loro difettualità. Deve conoscere le classi di materiali e le principali differenze tra di essi, in termini composizionali e prestazionali. Deve inoltre conoscere i fondamenti del comportamento meccanico dei materiali e delle altre principali proprietà (termiche, ottiche, magnetiche,..). Deve infine avere conoscenza dei principali processi di produzione e trasformazione dei materiali.

Materiali per alte temperature. I materiali metallici per i propulsori aeronautici e spaziali: le superleghe base nichel e cobalto e le problematiche relative agli organi di movimento nelle turbine. Rivestimenti protettivi a barriera termica (TBC-EBC). Criteri di selezione; caratteristiche composizionali e microstrutturali; processi produttivi. Problematiche di durabilità. Nuove prospettive di design. L’introduzione dei compositi a matrice ceramica (h.13) I materiali intermetallici ed il tema dell’alleggerimento delle strutture rotanti: caso studio delle leghe intermetalliche gamma-TiAl per la produzione di palette per gli ultimi stadi della turbina di bassa pressione. Il valore aggiunto delle tecniche di additive manufacturing per componenti in materiale metallico (h.6) Gli acciai speciali per applicazioni nelle gearbox e negli organi di trasmissione. I materiali metallici per le strutture aereonautiche e spaziali: le leghe di alluminio e magnesio alto resistenziali; i processi di formatura speciali per la produzione di componenti complessi e di grande dimensione; le leghe di titanio e i processi di formatura di diffusion bonding e superplastic forming. Il problema della giunzione tra componenti metallici. I compositi a matrice metallica (8 h). I materiali polimerici e compositi a matrice polimerica per lo sviluppo di strutture ad elevata resistenza specifica: i compositi a matrice polimerica alto resistenziali per lo sviluppo di velivoli a elevate prestazioni. Esempi di sistemi compositi a matrice polimerica. Il design dei materiali a ridotta permeabilità ai gas. (6h) I sistemi di protezione termica (TPS). Protezioni termiche passive. Tipologie di materiali, condizioni operative e funzionalità. Il caso delle protezioni dello Space Shuttle. Problematiche in uso e alternative in fase di sviluppo. I materiali per il ‘Repair-in-space’: concetto, ruolo e problematiche. Il concetto del self-healing. Gli UHTC (Ultra-High Temperature Ceramics) nel disegno dei profili "sharp": composizioni, proprietà e nuove soluzioni per migliorarne prestazioni e affidabilità. Protezioni termiche attive: il fenomeno dell’ablazione. Ablatori per bassi, medi e alti flussi termici. (h.6) Gli smart materials: sistemi sensori-attuatori nel controllo termo meccanico e nel controllo dell’isolamento termico. Materiali per sensoristica e per attuazione: materiali piezoelettrici, materiali conduttori ionici, SMA, magnetostrittori. Le applicazioni nel campo della robotica umanoide spaziale per attività extraveicolari. (h.4,5) Le nuove frontiere dei materiali: la nanostrutturazione. Il controllo della struttura dei materiali alla nanoscala e le implicazioni a livello prestazionale, chimico-fisico-meccanico. (h.4,5) Criteri di design e selezione di materiali. Diagrammi di Ashby. Utilizzo del softaware GRANTA EDUPACK come ausilio alla selezione dei materiali per la progettazione dei componenti (12 h, di cui 9 h di utilizzo del software lavorando divisi in gruppi su case study differenti)

L'insegnamento consiste di lezioni frontali per quanto riguarda gli argomenti dell'insegnamento. Inoltre viene illustrato il software GRANTA EDUPACK che rappresenta un interessate strumento per supportare la scelta e la selezione dei materiali. Tale software viene utilizzato in laboratorio dove gli studenti sono divisi in gruppi ed ogni gruppo lavora alla selezione dei materiali per un differente case study producendo una relazione che sarà parte dell'esame finale.

Le slide utilizzate dal docente per le spiegazioni verranno fornite in anticipo e testi per eventuali approfondimenti saranno consigliati durante le lezioni.

Slides; Video lezioni tratte da anni precedenti;

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

Exam: Group essay; Computer-based written test in class using POLITO platform;

... Il voto finale si compone dalla somma del risultato di un esame scritto e di un elaborato scritto prodotto in gruppo. Se si supera 30,5 si ottiene la lode. L'esame scritto accerta l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta di 1,5 ore senza l'aiuto di appunti o libri. La prova scritta consiste di 4 quesiti da 4 punti e 2 quesiti da 5 punti (relativi agli argomenti trattati durante le lezioni frontali), nei quali si richiede di dimostrare la conoscenza della materia rispondendo a domande aperte o domande a risposta multipla. Pertanto è possibile totalizzare in questo modo un massimo di 26 punti. Un facsimile di prova d’esame sarà disponibile sul portale della didattica. L'elaborato scritto sarà la relazione finale di gruppo relativa al lavoro svolto per la progettazione di un componente in termini di materiali utilizzando il software GRANTA EDUPACK. Il valore dell'elaborato è un massimo di 6 punti. La consegna dell'elaborato è prevista durante la settimana successiva alla fine dell'insegnamento.

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.