Capitolo 1
Introduzione alla scienza e
tecnologia dei materiali
Figura 1.1. L’immagine dell’aereo civile da trasporto ad alta velocità (HSCT) mostra l’Hyper-X
Mach 7 con funzionamento a motore. Gli anelli indicano la velocità di flusso in superficie
Figura 1.2 Primi stadi della costruzione della Stazione Spaziale Internazionale
Figura 1.3 - Spettro della conoscenza
dei materiali.
L’uso della conoscenza dei materiali, derivante dalla
scienza dei materiali e dalla tecnologia dei materiali,
consente ai progettisti di convertire i materiali nei
prodotti richiesti dalla società
Figura 1.4 Spettro della conoscenza dei materiali. L’uso della
conoscenza dei materiali derivante dalla scienza dei
materiali e dalla tecnologia dei materiali consente ai
progettisti di convertire i materiali nei prodotti richiesti
dalla società
Figura 1.5 Il motore a turbina per aereo raffigurato è realizzato principalmente con leghe
metalliche, come le superleghe di nichel ad alta resistenza meccanica, in grado di resistere
alle più alte temperature. Questo tipo di motore presenta molti vantaggi apportati da
comprate tecnologie per migliorare le prestazioni operative e la durabilità, come le palette
della turbina, realizzate con materiali monocristallini di seconda generazione, dischi ottenuti
mediante metallurgia delle polveri e un migliore controllo elettronico digitale
Figura 1.6 Sezione del motore a turbina a gas PW 4000 (284.48 cm) che mostra la sezione
della ventola a derivazione.
Figura 1.7 I produttori di materie plastiche stanno sviluppando policarbonato di gradi
ultrapuri, ad alto flusso per dischi video digitali.
Figura 1.8 a) Esempi di nuovi materiali ceramici avanzati. I pezzi neri sono valvole per motori,
inserti di battuta di valvole e perni di pistoni realizzati con nitruro di silicio; il pezzo bianco è
un collettore ceramico in allumina.
b) Potenziali applicazioni di componenti ceramici in un motore turbodiesel.
Figura 1.9 Cuscinetti a palla in materiale ceramico ad alta prestazione e guide di scorrimento
realizzate in titanio e nitruro di carbonio come materiale di base mediante la metallurgia delle
polveri.
Figura 1.10 I moderni microprocessori hanno un alto numero di uscite, come evidenziato in
questa immagine del microprocessore Pentium II Intel.
Figura 1.11 I robot computerizzati saldano un veicolo GM del 1994 in Shreveport, LA.
Figura 1.12 - Competizione tra i sei principali
materiali prodotti negli Stati Uniti, in
termini di peso.
È evidente il rapido aumento della produzione di
alluminio e di polimeri (materie plastiche)
Figura 1.13 - Ripartizione percentuale in peso
dei principali materiali usati in un’automobile
prodotta negli Stati Uniti nel 1997
Figura 1.14 Previsioni relative all’impiego dei materiali nelle automobili prodotte negli Stati
Uniti.
Figura 1.15 Confronto dei costi storici e previsti dei tecnopolimeri rispetto ad alcuni materiali
metallici, nel periodo dal 1970 al 1990; è previsto che o tecnopolimeri restino competitivi
rispetto agli acciai laminati a freddo e ad altri metalli.
Figura 1.16 Vista d’insieme dell’ampia gamma di parti in materiale composito utilizzati
nell’aereo da trasporto C-17 della Air Force. Questo aeroplano ha un apertura alare di
circa 50 m e utilizzerà 6800 kg di compositi di nuova generazione.
Figura 1.17 – Tendenze future nell’uso dei materiali
Materiali metallici
Materie plastiche
Materiali ceramici
Materiali compositi
-nuove leghe: a base di Ni per alte temperature,
leggere per aeronautica;
-nuove nuove tecnologie di produzione: pressatura tecnologie
di produzione: pressatura isostatica, monocristalli, crescita
monodirezionale, solidificazione rapida.
-riduzione del tasso di crescita dei consumi per le plastiche
comuni;
-sviluppo delle plastiche strutturali e delle leghe polimeriche
- sviluppo delle plastiche biodegradabili
-riduzione del tasso di crescita dei consumi di ceramici
tradizionali;
-forte sviluppo dei ceramici avanzati, sia per impieghi strutturali
che funzionali.
-forte tasso di crescita per i compositi a matrice polimerica
specialmente nel settore aeronautico;
- progressiva introduzione nel mercato di compositi a matrice
metallica e ceramica