Classificazione dei materiali. Legami atomici e molecolari. Materiali e biomateriali. Microstruttura e macrostruttura.
Proprietà meccaniche dei materiali.
Materiali metallici: caratteristiche e tecnologie di lavorazione.
Materiali polimerici: classificazione, caratteristiche e tecnologie di lavorazione.
Materiali a memoria di forma.
Materiali ceramici: classificazione, caratteristiche e tecnologie di lavorazione.
Materiali compositi: classificazione, caratteristiche e tecnologie di lavorazione
Testi consigliati:
W. F. Smith, J. Ashemi, “Scienza e Tecnologia dei Materiali”, 5a ed., ed. McGraw-Hill
W. D. Callister, D. G. Rethwisch, “Scienza e Ingegneria dei Materiali”, 4a ed., ed. EdiSES
D. R. Askeland, P. P. Fulay, W. J. Wright, “Scienza e tecnologia dei materiali”, ed. CittàStudi
Testi di approfondimento su argomenti specifici:
M. Ashby, H. Schercliff, D. Cebon, “Materiali. Dalla Scienza alla progettazione”, ed. C.E.A.
S. Barella, A. Gruttadauria, “Metallurgia e materiali non metallici”, Soc. Ed. Esculapio
E. Bernardo, “Lezioni di materiali non metallici”, Soc. Ed. Esculapio
AIMAT (a cura di), “Manuale dei materiali per l’Ingegneria”, ed. McGraw-Hill
J. F. Shackelford, “Scienza e ingegneria dei materiali”, ed. Prentice Hall
A. Cigada, T. Pastore, “Struttura e proprietà dei materiali metallici”, ed. McGraw-Hill
H. Saechtling, “Manuale delle Materie Plastiche”, ed. Tecniche Nuove
C. Badini, “Materiali compositi per l’ingegneria”, Ed. Celid
I. Crivelli Visconti, G. Caprino, A. Langella, “Materiali Compositi”, Ed. Hoepli
M. C. Tanzi, S. Farè, G. Candiani, “Foundations of Biomaterials Engineering”, Academic Press
C. Di Bello, A. Bagno, “Biomateriali”, Pàtron Editore
M. Ashby, K. Johnson, “Materiali e Design”, 2a ed., ed. C.E.A.
M. F. Ashby, “La scelta dei materiali nella progettazione industriale”, ed. C.E.A.
R. Thompson, “Il manuale per il design dei prodotti industriali”, ed. Zanichelli
Obiettivi Formativi
Il corso si propone di illustrare le proprietà fisico-chimiche e meccaniche delle principali classi di materiali, con particolare attenzione ai materiali utilizzati nell’ambito dell’ingegneria biomedica, e le più importanti tecnologie per la produzione di manufatti impiegate nell’industria. Il corso fornirà agli studenti la capacità di selezionare i materiali e le tecnologie di produzione più idonei alla fabbricazione di un prodotto e di valutare la validità delle possibili alternative in funzione dei requisiti richiesti e dei costi.
Prerequisiti
Conoscenze di base di chimica, fisica e matematica.
Metodi Didattici
Lezioni ex-cathedra
Altre Informazioni
I lucidi delle lezioni e altro materiale didattico verranno messi sulla pagina del Corso sul sito e-l.unifi.it
Modalità di verifica apprendimento
Lo studente dovrà dimostrare di conoscere:
- le proprietà meccaniche dei materiali;
- le diverse tipologie dei materiali (metalli, polimeri, ceramici e compositi) e le loro caratteristiche chimiche, fisiche e meccaniche, anche in relazione alla diversa composizione chimica e microstruttura;
- le tecnologie di lavorazione utilizzate per le diverse tipologie di materiali.
Modalità d’esame:
- Prova scritta (tempo concesso: 2 h) consistente in 10 domande aperte, che prevedono una sintetica relazione, relative al programma svolto durante il corso.
Per sostenere l'esame è richiesta l’iscrizione on-line sul sito web della didattica abilitato alla verbalizzazione elettronica.
Programma del corso
Introduzione alla Scienza e Tecnologia dei Materiali. Il ciclo dei materiali.
Classificazione dei materiali: materiali metallici, polimerici e ceramici. Materiali compositi. Principali caratteristiche. Materiali e biomateriali.
Microstruttura e macrostruttura. Proprietà dei materiali: scala atomica e scala microscopica.
Legami atomici e molecolari. Effetto dei legami su alcune proprietà dei materiali.
Struttura dei solidi. Celle elementari e reticoli cristallini. Difetti cristallini. Metodi di analisi della microstruttura.
Comportamento meccanico dei materiali.
Prova di trazione e diagramma sforzo-deformazione. Deformazione elastica e moduli di elasticità. Viscoelasticità. Deformazione plastica. Rottura duttile e frattura fragile. Tenacità.
Resilienza e prova di resilienza. Tenacità a frattura.
Durezza e prove di durezza.
Fatica e creep.
Materiali metallici.
Deformazione plastica dei materiali metallici: meccanismi. Incrudimento, ricupero e ricristallizzazione. Meccanismi di rafforzamento dei materiali metallici: incrudimento da lavorazione meccanica, dimensione del grano cristallino, soluzione solida, presenza di una seconda fase. Trattamenti termici.
Tecnologie impiegabili per la produzione di un manufatto in lega metallica. Tecnologie di fonderia. Lavorazioni per deformazione plastica. Metallurgia delle polveri.
Usura dei materiali metallici. Corrosione dei materiali metallici. Metodi di protezione dei materiali metallici.
Leghe ferrose per l’ingegneria biomedica: acciai inossidabili.
Leghe non ferrose per l’ingegneria biomedica: leghe di titanio, alluminio, cobalto. Altre leghe per l’ingegneria biomedica.
Materiali polimerici.
Classificazione e caratteristiche. Struttura dei materiali polimerici. Polimeri amorfi e semicristallini. Temperatura di transizione vetrosa. Polimeri termoplastici e termoindurenti. Elastomeri.
Proprietà meccaniche dei polimeri. Viscoelasticità. Regime elastico e regime plastico.
Materie plastiche. Materie plastiche per l’ingegneria biomedica.
Tecnologie di lavorazione dei materiali polimerici.
Materiali intelligenti: materiali a memoria di forma (leghe a memoria di forma e polimeri a memoria di forma).
Materiali ceramici.
Classificazione e caratteristiche. Proprietà meccaniche dei materiali ceramici.
Materiali ceramici per l’ingegneria biomedica. Caratteristiche e tecnologie di lavorazione.
Vetri. Caratteristiche e tecnologie di lavorazione.
Vetroceramici. Caratteristiche e tecnologie di lavorazione.
Materiali compositi.
Classificazione e caratteristiche. Ruolo della fase rinforzo e della fase matrice. Compositi a fibre continue e fibre discontinue. Proprietà meccaniche dei materiali compositi.
Compositi a matrice polimerica. Tipologie di matrice e rinforzo. Principali processi di fabbricazione (stampo aperto e stampo chiuso).
Compositi a matrice metallica e a matrice ceramica.