Appunti VERIFICATO
MATERIALI PER IL DESIGN
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Di cosa parla
- Definizione e Proprietà Generali: I materiali ceramici sono cristallini o parzialmente cristallini, inorganici, non metallici, formati a freddo e consolidati tramite cottura. Offrono elevata resistenza termica e chimica, densità inferiore a molti metalli, alto modulo elastico, ma sono fragili.
- Composizione e Legami: Sono spesso ossidi, carburi, nitruri o boruri. Le proprietà derivano da legami covalenti e ionici, che conferiscono alti punti di fusione e ne fanno ottimi isolanti elettrici e termici.
- Proprietà Meccaniche: Sono ottimi materiali strutturali ma fragili, si rompono senza deformazione plastica. La loro resistenza è maggiore in compressione rispetto a trazione e flessione.
- Proprietà Termiche ed Elettriche: Presentano bassa conducibilità termica e bassi coefficienti di espansione, rendendoli ideali come isolanti per applicazioni estreme. Le loro proprietà elettriche variano da isolanti (es. Si₃N₄) a conduttori (es. Cu) e superconduttori (es. YBa₂Cu₃O).
- Processi di Lavorazione: Le tecniche di lavorazione sono diverse da quelle per i metalli, a causa degli alti punti di fusione e della fragilità. Includono la preparazione dell'impasto, la formatura (pressatura, estrusione, colata per barbottina), l'essiccamento e la cottura (sinterizzazione), che comporta la compattazione delle polveri e la rimozione della porosità.
- Classificazione: Si dividono in ceramici tradizionali e avanzati.
- Ceramici Tradizionali:
- Materie prime naturali (argille, caolino) e processi relativamente semplici ed economici.
- Esempi includono laterizi, piastrelle, terracotta, maioliche, terraglie e gres.
- Utilizzati ampiamente in edilizia (mattoni, tegole), per oggetti domestici (piatti, sanitari) e nell'arte decorativa.
- Possono avere struttura porosa (grani separati da pori) o compatta (vuoti riempiti da fase vetrosa).
- Ceramici Avanzati (o Ingegnerizzati):
- Realizzati con materie prime sintetiche, molto pure e costose, con tecniche di formatura e cicli di cottura complessi (es. pressature isostatiche a caldo).
- Materiali chiave: Allumina (Al₂O₃), Zirconia (ZrO₂), Carburo di Silicio (SiC), Nitruro di Silicio (Si₃N₄).
- Applicazioni high-tech:
- Aerospaziale: Piastrelle navette, barriere termiche.
- Medicale: Protesi d'anca, impianti dentali.
- Elettronica/Computer: Isolanti, condensatori, componenti per telecomunicazioni.
- Industriale: Utensili da taglio (elevata durezza), componenti di motori, cuscinetti, valvole per fluidi aggressivi.
- Design e Lusso: Orologi (es. Chanel J12, Rado), gioielli (anelli Bulgari), coltelli da cucina, articoli sportivi, grazie a leggerezza, resistenza ai graffi, biocompatibilità ed estetica.