Chimica e Tecnologia dei Vetri

Anno accademico 2014/2015

Programma

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 (F_n). Nucleazione eterogenea. Crescita epitassiale. Accrescimento e velocità di accrescimento (v_a). Condizioni per la formazione del vetro in funzione di F_n e v_a. 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). Diagramma a ragno. Modelli del fuso: Bernal, Frenkel e Stewart. Tre stadi dei processi di fusione. Trasformazioni di fase: introduzione all’immiscibilità liquido-liquido. Teoria di Dietzel ed effetto della differenza della forza del campo sulla separazione di fase. Sistemi vetrosi che danno immiscibilità. Immiscibilità sub liquidus e temodinamica della miscelazione. Decomposizione spinodale e binodale. Variazioni delle energie libere medie in funzione della decomposizione spinodale o binodale. Immiscibilità: considerazioni finali. Conseguenze sui vetri della separazione di fase. Controllo della separazione di fase. Processo e vetro Vycor. Struttura di alcuni vetri di importanza tecnologica. Vetri monocomponenti: vetro di SiO₂; di B₂O₃; di GeO₂ e di P₂O₅. Sistemi bicomponente con la silice. Sistemi SiO₂-RO-R₂O. Sistemi vetrosi a base di ossido di piombo. Sistemi fosfatici a base di piombo, effetto della retropolarizzazione. Influenza dell’ossido di Alluminio. B₂O₃ come ossido formatore. Effetto dell’aggiunta di B₂O₃ ai vetri alcalino silicatici. Vetri fosfatici. Vetri contenenti ossido di arsenico ed antimonio. Vetri a base di TeO₂. Influenza degli anioni sulla struttura del vetro (OH^-, F^-, SO₄^2-). Proprietà dei vetri: viscosità. Dipendenza viscosità/temperatura. Equazione di Boltzmann e di Vogel-Fulcher-Tammann. Metodi di misura della viscosità: viscosimetro a caduta; a vibrazione; a rotazione. Viscosimetro ad elongazione; a penetrazione; a flessione; a torsione. Misurazione della viscosità a temperature caratteristiche (di transizione vetrosa, di Littleton, working point). Dipendenza della viscosità dalla composizione: sistemi monocomponenti, bicomponenti e policomponenti. Anomalia del Boro. Implicazioni tecnologiche del diagramma di viscosità. Densità del vetro. Proprietà ottiche dei vetri: introduzione. . Processo produttivo del vetro cavo dallo stoccaggio dei materiali alla riscelta. Forni End Port. Processo produttivo del vetro cavo dallo stoccaggio dei materiali alla riscelta. Forni End Port. Macchine IS e presso-soffio-girato. Proprietà ottiche: trasmittanza della luce e trasparenza del vetro. Riflessione totale e fattori che la influenzano. Vetri antiriflesso. Proprietà meccaniche dei vetri. Elasticità. Modulo di Young, di taglio e di comprimibilità. Influenza della composizione chimica e della temperatura sul modulo elastico. Influenza della composizione chimica sul modulo di comprimibilità. Resistenza alla frattura. Resistenza teorica e sperimentale. Frattura del vetro e amplificatori di sforzo. Trattazione di Irwin, Griffith e Inglis. Resistenza secondo Orowan. Resistenza all’urto, durezza e prove di durezza. Velocità di frattura. Fatica e durabilità. Fatica statica e dinamica. Comportamento viscoelastico. Modello di Maxwell; di Kelvin-Voigt; a 4 elementi. Dipendenza del comportamento viscoelastico dalla temperatura e dal tempo. Resistenza chimica del vetro in ambiente acido e basico.

Testi consigliati e bibliografia

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

Appelli

	Data	Ore	Esame
	25/02/2016	14:30 - 18:30	Orale
	01/02/2016	14:30 - 18:30	Orale
	25/09/2015	14:30 - 18:30	Orale
	02/09/2015	14:30 - 18:30	Orale
	29/07/2015	14:30 - 18:30	Orale