Soluzione esercitazione 1

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University: Politecnico di Milano
Degree programme: Biomedical Engineering
Subject: Bioingegneria Chimica
Material language: Italian
Classification: Exercises · By topic
Original format: PDF
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BIOINGEGNERIA CHIMICA [1] - PROF. S. FARÈ, PROF. N. BONO Esercitazione 1 – 15 Ottobre 2026 Domanda 1 Dovete realizzare un dispositivo metallico con Domanda 4 La sinterizzazione: elevate caratteristiche meccaniche per deformazione o consiste in una reazione chimica plastica. Come effettuereste il processo di lavorazione? o un processo di ottenimento di ceramici per colata o a caldo o permette di ottenere un ceramico per la sola o a freddo compattazione delle polveri di materiale ceramico o cambierei la tecnologia di lavorazione o è un processo che avviene ad alta temperatura o non è possibile aumentare le caratteristiche meccaniche mediante lavorazione Domanda 5 L’elasticità entalpica è tipica di: o non si parla mai di elasticità entalpica Domanda 2 La struttura dei materiali metallici e delle o materiali ceramici leghe è usualmente: o materiali metallici allo stato fuso o cristallina con solo difetti di superficie (bordi di grano) o cristallina con difetti di superficie, di linea e di punto Domanda 6 Nei materiali ceramici si possono trovare i o cristallina perfetta seguenti tipi di legame: o amorfa con difetti di superficie, di linea e di punto o covalenti e/o ionici o metallici Domanda 3 I materiali metallici hanno: o solo interazioni dipolo-dipolo o alto isolamento termico o solo legami ionici o bassa conducibilità termica o alta conducibilità elettrica Domanda 7 I carboni turbostratici hanno: o bassa conducibilità elettrica o scarsa resistenza a fatica o ottima resistenza all'usura o pessima resistenza all'usura o bassa resistenza alla corrosione Domanda 8 Un provino in materiale metallico (E = 240 GPa) è sottoposto ad una prova a trazione. L’area della sezione resistente (rettangolare) ha dimensioni 2.5 mm x 1.5 mm, mentre la lunghezza del tratto utile è pari a 20…

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quindi: 𝑎√2 = 4𝑅 %& Da cui: 𝑎 = √$ se R =0.143 nm si ottiene: 4𝑅 4 × 0.143 𝑛𝑚 𝒂= = = 𝟎. 𝟒𝟎𝟒 𝒏𝒎 √2 √2 Domanda 10 Domande brevi a) Quali sono i difetti di linea in un materiale metallico? Dislocazioni. b) Perché sono importanti i difetti di superficie? I difetti di superficie, i bordi di grano, permettono di definire la dimensione dei grani opportuna rispetto alla temperatura alla quale il materiale metallico andrà a lavorare. c) Cosa si intende per incrudimento? L’incrudimento è un fenomeno che avviene a bassa temperatura e, grazie alla presenza delle dislocazioni (difetti di linea), è possibile il loro movimento e, di conseguenza, l’aumento della resistenza meccanica del materiale metallico. d) Come si può evitare una frattura intergranulare per un materiale metallico che lavora ad alta temperatura? Ad alta temperatura il bordo di grano è meno resistenze del cuore dei grani. Per evitare la frattura conviene avere grani di grandi dimensioni (quindi minore quantità di bordi di grano). e) Cosa si intende per polimorfismo di un elemento metallico come ad esempio il Fe? Per polimorfismo si intende la capacità di un elemento metallico come il Fe di avere una cella elementare differente a seconda della temperatura alla quale si trova. f) Perchè avviene la rottura fragile in un materiale ceramico? Si agisce subito sui legami forti (ionico e/o covalenti). Maggiore % covalente: rottura del legame; Maggiore % carattere ionico: la rottura avviene solo su alcuni piani sui quali si hanno cariche uguali, che respingendosi, determinano la rottura. g) Cos’è il green? A quale classe di materiali è maggiormente riconducibile? Green = semilavorato prima della sinterizzazione = polvere ceramica + eventuali additivi compattata e lavorata. Si parla di green nei processi di…

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Domanda 11 Una lega mostra il diagramma di stato riportato in figura. Per i punti 1 e 2 indicati, riportare: 1. le fasi presenti; 2. la percentuale dei due elementi (A e B) per ciascuna fase presente; 3. la percentuale di ciascuna fase presente. 1 A1 * * 2 2 B * * A Cu B Ni A Cu wL w0 ws B Ni 4. Punto 1 1. fasi presenti: 2 à liquida, L e solida, S 2. composizione fasi presenti: le percentuali in peso di A (e quindi anche di B) sono ricavabili direttamente dal diagramma di stato, leggendo le percentuali in peso di A e di B in corrispondenza della linea di liquidus e di solidus: w0: 65% in peso A 35% in peso B wS: 55% in peso A 45% in peso B wL: 70% in peso A 30% in peso B 3. applicando la regola della leva (rispetto a B, ma gli stessi risultati si otterrebbero utilizzando i valori di % in peso di A): ( )( *+)*" XS (frazione in peso di fase solida) = (! )(" = %+)*" = 𝟎. 𝟑𝟑 # " Xs = 33% (percentuale in peso di fase solida) XL (frazione in peso di fase liquida) = 1 – XS = 0.67 XL = 67% (percentuale in peso di fase solida) ( )( %+)*+ per conferma: XL (% in peso di fase liquida) = (#)(! × 100 = %+)*" × 100 = 𝟔𝟕% # " calcolando le percentuali delle due fasi presenti rispetto a A: ( )( ,")-+ XS (% in peso di fase solida) = (")(! × 100 = ,")++ × 100 = 𝟑𝟑% " # XL (% in peso di fase liquida) = 100 – XS= 67%

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(! )(# -+)++ per conferma: XL (% in peso di fase liquida) = × 100 = × 100 = 𝟔𝟕% (" )(# ,")++ Punto 2 1. fasi presenti: 1 à solida, S 2. composizione fase solida: 40% A, 60% B 3. percentuale di ciascuna fase presente: XS = 100% Domanda 12. Per i seguenti composti ceramici, determinare la % di carattere ionico e covalente e commentare i risultati. Nota: sceglierne almeno 2 tra i primi quattro composti e almeno uno tra Si6N4 e SiC. Scrivere i passaggi necessari e compilare la tabella per i due materiali scelti. composto nome elettronegatività %carattere ionico %carattere covalente ZrO2 biossido di zirconio 2.3 73 27 TiO2 biossido di titanio 1.96 62 38 Al2O3 ossido di alluminio 2.0 63 37 SiO2 biossido di silicio 1.7 51 49 Si6N4 nitruro di silicio 1.3 34.5 65.5 SiC carburo di silicio 0.7 11 89 Possono essere ottenuti valori approssimati delle percentuali di carattere ionico e covalente nei legami tra gli atomi in tali composti valutando le differenze di elettronegatività fra i diversi tipi di atomi presenti. Si applica l’equazione di Pauling per la determinazione della percentuale di carattere ionico quando il legame si rivela di tipo “misto”: 𝟐 % 𝒊𝒐𝒏𝒊𝒄𝒂 = )𝟏 − 𝒆!(𝟎.𝟐𝟓)(𝑿𝑨!𝑿𝑩) - Valori di elettronegatività: XZr = 1.2 XO = 3.5 XTi = 1.54 XMg = 1.3 XAl = 1.5 XSi = 1.8 XN = 3.1 XC = 2.5 In tabella sono riportati, in grassetto, i risultati ottenuti. Il differente valore di percentuale di carattere ionico e carattere covalente ricavato per i materiali riportati in tabella causano un diverso comportamento meccanico, in particolare a trazione. Infatti, un’alta percentuale di carattere covalente, come quella ricavata per il carburo di silicio (SiC) può essere causa di una frattura fragile. Al contrario, il biossido di zinco (ZrO2), che mostra un’alta percentuale…

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