ECTS - University of Pisa
Gli studenti acquisiranno conoscenze sulla teoria fondamentale, le proprietà, la produzione e le applicazioni dei ceramici (tradizionali e avanzati), dei compositi a matrice ceramica, dei vetri tradizionali e intelligenti.
Students will have acquired knowledge about the fundamental theory, properties, manufacturing and applications of ceramics (traditional and advanced), ceramic matrix composites, traditional and smart glasses.
La conoscenze verranno valutate tramite:
esame finale
Knowledge will be assessed via:
Al termine del corso lo studente sarà in grado di:
Dimostrare una buona conoscenza dei tipi e delle proprietà dei ceramici
Possedere conoscenze nella lavorazione e fabbricazione di ceramici e compositi a matrice ceramica
Comprendere i comportamenti chimico-fisici-meccanici dei materiali ceramici
Dimostrare capacità di comprendere articoli scientifici incentrati sui ceramici.
By the end of the course, student will be able to:
Le competenze verranno valutate tramite:
compiti in corso (esercizi o altre lezioni)
esame finale
Skills will be assessed via:
Al termine del corso lo studente sarà in grado di:
Spiegare la definizione delle proprietà fisiche dei materiali ceramici (densità, capacità termica, conducibilità termica, dilatazione termica), le caratteristiche microstrutturali e descrivere da quali parametri dipendono queste proprietà.
Spiegare i concetti relativi alle proprietà meccaniche dei materiali ceramici (elasticità, modulo di Young, resistenza teorica, resistenza alla trazione, resistenza alla compressione, resistenza alla flessione e tenacità alla frattura) e comprendere la relazione tra resistenza alla frattura e difetti nel materiale. Fate i calcoli a riguardo.
Spiegare come vengono misurate le proprietà meccaniche della ceramica, eseguire calcoli e spiegare come le proprietà dei materiali ceramici differiscono da altri tipi di materiali (ad esempio metalli).
Spiegare i meccanismi di tenacizzazione disponibili e spiegare come questi possono essere utilizzati per aumentare la resistenza alla frattura dei materiali ceramici.
Descrivere il processo di produzione dei materiali ceramici, dalla sintesi delle polveri alla cottura dei corpi verdi per ottenere un materiale denso
Descrivere i processi per la preparazione di compositi a matrice ceramica
Comprendere l'importanza di come il processo di preparazione influisce sulle proprietà del prodotto finito
Descrivere le proprietà tipiche dei diversi materiali ceramici e confrontarle con altri tipi di materiali.
Descrivere come vengono preparati i bicchieri e le vetroceramiche.
Comprendere come le dimensioni finali influenzano le proprietà dei ceramici
After completing the course the student will be able to:
I comportamenti verranno valutati tramite:
compiti in corso (esercizi)
esame orale finale
Behaviors will be assessed via:
Conoscenze di scienza e tecnologia dei materiali.
Knowledge about material science and technology.
L'insegnamento si basa su lezioni frontali, esercitazioni e analisi di casi studio.
Lezioni frontali: 48 ore
The teaching is based on lectures, exercises and case study analysis.
Lectures: 48 hours
Teoria dei materiali ceramici
1. Proprietà generali, classificazione delle ceramiche (ceramiche tradizionali e avanzate), ossidi, non ossidi e compositi, amorfi e cristallini.
2. Microstrutture ceramiche: cristallochimica, energia di legame e proprietà. Tipi di imperfezioni nella ceramica, difetti di Frenkel e Schottky, notazione di Kroger-Vink.
3. Diagrammi di stato ceramici.
4. Principali proprietà dei materiali ceramici: porosità, proprietà meccanico-termiche, chimiche e funzionali. Correlazioni struttura-proprietà. Durabilità nei materiali ceramici.
Principali tecniche di caratterizzazione dei materiali ceramici
1. Microscopia ottica ed elettronica
2. Spettroscopia EDS
3. Spettroscopia IR
4. Diffrattometria a raggi X
5. Porosimetria dell'intrusione di mercurio
6. Analisi termogravimetriche (TGA)
7. Caratterizzazioni meccaniche.
Materie prime
Materie prime silicate (silice, argille, feldspati) e non silicati. Caratterizzazione delle materie prime per ceramica: composizione chimica, struttura mineralogica, granulometria, reologia, proprietà fisiche e termiche.
Processi produttivi della ceramica
1. Miscelazione, macinazione, omogeneizzazione, lavorazione a umido e a secco.
2. Processo di formatura/modellatura: pressatura delle polveri, stampaggio a umido, fusione ed estrusione.
3. Sinterizzazione: teoria e applicazioni.
Ceramici avanzati e compositi a matrice ceramica
Esempi, applicazioni (strutturali, biomediche, aerospaziali...) e processi produttivi.
Ceramiche avanzate: allumina, zirconio, carburo di silicio, nitruro di silicio, idrossiapatite.
Compositi a Matrice Ceramica: SiC-SiC, C-C, C-SiC, Allumina-Allumina (alcuni esempi).
Meccanismo di base delle proprietà meccaniche.
Focus speciale sull'infiltrazione di vapori chimici assistita da microonde (MWCVI) di compositi in carburo di silicio.
Ceramica a base di zirconio
Introduzione cos'è la zirconia, processo di produzione delle polveri, invecchiamento e soluzioni, metodi di formatura (pressatura, pressatura isostatica a freddo, pressatura isostatica a caldo, colata a scorrimento, estrusione, stampaggio a iniezione, colata su nastro), riscaldamento (deceratura, pre-sinterizzazione, sinterizzazione, lavorazione ), applicazioni (meccanica, elettrica, automobilistica, medicale, produzione di energia, lusso).
Ceramiche per applicazioni biomediche:
• Ceramiche a base di fosfato di calcio come materiale sostitutivo dell'osso
• Zirconia per applicazioni dentali
• Compositi a base di vetro bioattivo e bioceramica per applicazioni cliniche
Occhiali intelligenti
Storia e definizioni dei materiali vetrosi, teorie sulla formazione del vetro, proprietà (proprietà ottiche e chimiche, viscosità), caratterizzazione, produzione (vetri tradizionali e smart). Tecnologie e applicazioni del vetro intelligente (vetro piano, vetro stratificato, vetro rinforzato termicamente, vetro rinforzato chimicamente, vetro autopulente, vetri fotocromatici e termocromici, vetro intelligente PDLC).
Ceramic theory
Main characterisation techniques for ceramic materials
Raw materials
Silicates (silica, clays, feldspar) and non-silicates raw materials. Characterization of raw materials for ceramics: chemical composition, mineralogical structure, granulometry, rheology, physical and thermal properties.
Ceramic production processes
Special focus on sanitary ware production.
Advanced Ceramics and ceramic matrix composite
Examples, applications (structural, biomedical, aerospace...) and production processes.
Advanced Ceramics: Alumina, Zirconia, Silicon carbide, Silicon nitride, Hydroxyapatite.
Ceramic Matrix Composites: SiC-SiC, C-C, C-SiC, Alumina-Alumina (some examples).
Basic mechanism of mechanical properties.
Special focus on Microwave Assisted Chemical Vapour Infiltration (MWCVI) of silicon carbide composites.
Zirconia based ceramics
Introduction what is zirconia, powder production process, aging and solutions, forming methods (die pressing, cold isostatic pressing, hot isostatic pressing, slip casting, extrusion, injection molding, tape casting), heating (dewaxing, pre-sintering, sintering, machining), applications (mechanical, electrical, automotive, medical, energy production, luxury).
Ceramics for biomedical applications:
Smart Glasses
History and definitions of glass materials, theories for glass formation, properties (optical and chemical properties, viscosity), characterization, production (traditional and smart glasses). Smart glass technologies and applications (flat glass, laminated glass, heat strengthened glass, chemically strengthened glass, self-cleaning glass, photochromic and thermochromic glasses, PDLCs smart glass).
Contattare il docente per il materiale didattico e informazioni sul corso
Contact the teacher for the didactical material and course information.
L'esame è composto da una prova scritta e da una prova orale.
La prova scritta consiste in una o più domande, esercizi e problemi da risolvere. Se la prova scritta viene superata con un voto superiore a 18, è possibile confermare il voto della prova scritta senza sostenere la prova orale.
La prova orale consiste in un colloquio tra il candidato e il docente e i co-docenti.
The exam is made up of one written test and one oral test.
The written test consists of one or more questions, exercises and problems to solve. If the written test is passed with a grade higher than 18, it is possible to confirm the grade of the written test without taking the oral test.
The oral test consists of an interview between the candidate and the lecturer and co-teachers.
