CHIMICA E TECNOLOGIA DEI VETRI

Crediti: 
6
Settore scientifico disciplinare: 
FONDAMENTI CHIMICI DELLE TECNOLOGIE (CHIM/07)
Anno accademico di offerta: 
2016/2017
Semestre dell'insegnamento: 
Secondo Semestre
Lingua di insegnamento: 

Italiano

Obiettivi formativi

Si richiede una adeguata capacità di comprensione che possa basarsi sul background teorico acquisito nel primo ciclo per estendere le proprie competenze e per applicare nuovi approcci di elaborazione. In particolare è richiesta la capacità di affrontare le tematiche in modo multidisciplinare con particolare attenzione alle relazione fra composizione, tecniche di produzione e proprietà fisiche, chimiche e meccaniche del vetro inorganico.
Viene richiesta la capacità di saper comunicare in modo chiaro le tematiche affrontate durante il corso e di essere in grado di correlare i vari argomenti in modo originale e personale. E’ necessario dimostrare una matura padronanza nell’organizzare la fase di studio con la formulazione di un percorso individuale che porti nuovi ed inediti elementi non discussi durante le sessioni frontali.

Prerequisiti

No

Contenuti dell'insegnamento

I materiali inorganici vetrosi sono alla base di numerose applicazioni tecnologiche o tradizionali. Il corso intende fornire i fondamenti della chimica vetro con particolare attenzione al ruolo svolto dalla composizione di stato vetroso nel determinare le proprietà ottiche fisiche e chimiche desiderate. Alcune classi di materiali inorganici vetrosi saranno ampiamente descritte in termini di microstruttura, proprietà ottiche, comportamento chimico e bio-attività. Saranno esposti i principali metodi di caratterizzazione sperimentale per lo studio dei diversi aspetti riguardanti i materiali amorfi. Saranno inoltre discussi i principali processi industriali di fabbricazione di vetro.

Programma esteso

Storia del vetro. Definizioni di vetro. Struttura del vetro in relazione a studi XRD e SAXS. Formazione del vetro: temperatura fittizia e temperatura di transizione vetrosa. Variazione di entalpia e volume specifico in funzione della velocità di raffreddamento. Proprietà termodinamiche correlate alla transizione vetrosa. Misura della Tg. Storie termiche del vetro. Variazioni di densità in funzione della velocità di raffreddamento. Trasformazioni isotermiche all’interno del range di trasformazione vetrosa. Genesi del vetro: aspetti strutturali. Elementi strutturali dei silicati. Formazione di silicati complessi. Ossidi formatori. Ipotesi sulla natura dei vetri: teoria di Goldschmidt, di Zachariasen e di Porai-Koshits. Genesi del vetro: aspetti cinetici. Nucleazione ed energie coinvolte. Frequenza di nucleazione (Fn). Nucleazione eterogenea. Crescita epitassiale. Accrescimento e velocità di accrescimento (va). Condizioni per la formazione del vetro in funzione di Fn e va. Frequenza di nucleazione e viscosità. Velocità critica di raffreddamento e curve TTT. Metodi di produzione del vetro. Deposizione Chimica di Vapori (CVD). Metodo Sol-Gel. Materie prime per il processo di fusione e fattore gravimetrico. Formatori e fondenti. Cenni sui diagrammi di stato ternari. Diagrammi di stato dei sistemi che danno origine a vetri: diagramma Na2O-SiO2; diagramma CaO-SiO2; diagramma Al2O3-Na2O-SiO2. Influenza dei fondenti sulla viscosità. Affinanti e rimozione di bolle. Legge di Stokes. Modificatori di proprietà e coloranti. Vetri commerciali e vetri comuni. Vetri per costruzione nelle normative: UNI EN 572-X e 1748-X. Gli ossidi e le relazioni composizione-proprietà. Formatori; fondenti; stabilizzanti; coadiuvanti tecnologici (affinanti, ossidanti, riducenti, coloranti e decoloranti, opacizzanti, rottame di vetro).

Separazione di fase liquido-liquido: vetro Vycor

Cristallizzazione del vetro: vetroceramiche

Proprietà meccaniche e chimiche delle vetroceramiche

La viscosità del vetro e sue implicazioni

Punti fissi della viscosità

Misura della viscosità

Calcolo della viscosità

Densità dei vetri

Espansione termica dei vetri

Effetti della dilatazione lineare

Tensioni nelle saldature – esempio tensioni tra biscotto e smalto

Stress termici

Ricottura e riduzione delle tensioni

Misura delle tensioni

Resistenza meccanica dei vetri

Cricche e loro influenza sulla resistenza

Misura della resistenza meccanica e aumento della resistenza all’urto

Importanza della superficie sulla resistenza

Statistica delle fratture

Test di frattura

Analisi della frattura e sua applicazione al vetro piano e contenitori

Proprietà ottiche

Indice di rifrazione

Dispersione ottica

Fibre ottiche

Il colore nei vetri

Fattori che influenzano l’equilibrio redox nei vetri

Colori colloidali

Decoloranti

Proprietà elettriche dei vetri

Conduttori ionici

Conduttori elettronici

Resistenza chimica dei vetri

Miglioramento della resistenza chimica

Composizioni dei vetri speciali

Effetto dei vari ossidi sulle proprietà dei vetri

Diagrammi di stato dei sistemi che danno origine a vetri

Cenni di fusione dei vetri: Forni a combustibile ed elettrici

Refrattari per forni.

Bibliografia

J. E. Shelby - Introduction to Glass Science and Technology - 2nd Edition - RS.C

Metodi didattici

Le lezioni saranno svolte mediante illustrazione dei concetti riassunti in slides. Per rendere maggiormente chiari alcuni passaggi della produzione industriale dei prodotti vetrosi saranno proiettati filmati. Si è inoltre organizzata una visita in uno dei laboratori del dipartimento di Chimica per la diretta osservazione della formazione di un vetro da raffraddamento da fuso. Sono previste visite presso stabilimenti industriali

Modalità verifica apprendimento

La procedura di valutazione è costituita da una prova orale dove il candidato può illustrare con specifici approfondimenti uno dei temi discussi durante il corso. Dopo questa fase preliminare si procede alla verifica di conoscenza dei diversi aspetti della Chimica e Tecnologia dei materiali vetrosi con esplorazione delle competenze acquisite sia per la parte teorica che per la parte di carattere tecnologico.