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Capacità di assorbire una deformazione plastica senza rompersi:
alta=duttile (es. oro)
bassa=fragile (es. vetro)
E’ dipendente dalla temperatura:capacità di riposizionamento di difetti ed atomi
(diffusione atomica) dipendono esponenzialmente dalla temperatura
Materiali per l’ottica
Durezza
vetri
PMMA • Prove semplici e poco costose
• Non distruttive
• Altre proprieta’ possono essere
dedotte dalla durezza
Materiali per l’ottica
Durezza
Misura la resistenza di un materiale ad essere inciso (deformazione plastica) da un
piccolo incisore/penetratore di materiale diverso. Si ha quindi una definizione di scale comparative o semiquantitative che dipendono dalla
tecnica standard di misurazione (Mohs, Rockwell, Vickers..etc)
2
*854.1
id
pesoHV più larga l’impronta meno
duro il materiale 22
*2
dDDD
pesoHB
Materiali per l’ottica
Proprietà a trazione: duttilità e fragilità
0
0
0100)50(
l
llmmlA F
Viene quantificato come la percentuale di allungamento alla quale si osserva la
frattura su un campione standard (50 mm)
Materiale Snervamento
(MPa) Carico
rottura (MPa) Duttilità (%)
Acciaio 300 700 18
Oro 110 130 45
Vetro Si rompe
prima 70 0
PMMA 45 55 4
Materiali per l’ottica
Proprietà a trazione: la frattura
Cosa avviene quando eccediamo il carico di rottura di un materiale? Il materiale si separa in due pezzi distinti: la frattura. Una prima fissura iniziale (cricca) si
propaga al resto del materiale fino alla sua completa separazione in due parti. Questa può
avvenire in due modi alternativi:
Frattura duttile: il materiale si deforma plasticamente assorbendo una grande quantità di
energia prima della rottura. Cricca che si propaga lentamente e che cessa il suo moto se il
carico non viene aumentato. (p.e. filo d’oro)
Frattura fragile: scarsa o nulla deformazione plastica prima della rottura, basso
assorbimento di energia. Propagazione della cricca rapida e catastrofica, ovvero, prosegue
senza aumentare il carico. (p.e. vetro)
Materiali per l’ottica
La frattura nei materiali ceramici (es. Vetro)
Quasi tutti i ceramici sono soggetti a frattura fragile, che può essere innescata o
velocizzata dalla presenza di micro cricche e difetti nel materiale (p.es. micro bolle
nel processo di fusione del vetro per lenti)
aYK
La resistenza alla frattura viene
quantificata dalla tenacità a frattura
Dove
Y= parametro che dipende dalla
geometria del campione e della cricca
= sollecitazione applicata
a=lunghezza della cricca
Se K>K0 del materiale (campione
standard) si ha la frattura
Materiali per l’ottica
La frattura nei materiali ceramici (es. Vetro)
Regione rugosa: dovuta alla biforcazione della cricca originaria
Regione a striature: rugosità microscopica allineata con la sorgente della cricca
Una volta nucleata, una cricca si propaga accelerando fino a raggiungere una velocità
limite (circa metà velocità del suono) oltre la quale comincia a biforcarsi. In una
frattura su vetro si possono riconoscere le seguenti regioni, concentriche al punto di
iniziazione della cricca (urto).
Regione a specchio: vicina alla nucleazione, create durante l’accelerazione della cricca. Tanto
maggiore è la sollecitazione tanto più piccola la regione a specchio
2
1
mr
Materiali a memoria di forma
Ampia classe di leghe metalliche, scoperte abbastanza recentemente, che
hanno come caratteristica principale quella di essere in grado di
recuperare una forma macroscopica preimpostata per effetto del semplice
cambiamento della temperatura o dello stato di sollecitazione applicato,
sono cioè capaci di subire trasformazioni cristallografiche reversibili, in
funzione dello stato tensionale e termico.
Quando una lega a memoria di forma (SMA) è sotto la sua temperatura di
trasformazione può essere deformata abbastanza facilmente a causa del
suo basso; se riscaldiamo però il materiale sopra la temperatura di
trasformazione, subentra un cambio nella struttura cristallina che causa il
ritorno alla forma originaria e sviluppa una forza notevole. In particolare, le
SMA subiscono una trasformazione di fase cristallina quando vengono
portate dalla loro configurazione più rigida ad alta temperatura (austenite),
alla configurazione a più bassa energia e temperatura (martensite). Tale
trasformazione è appunto la causa prima delle qualità peculiari di queste
leghe.
NITINOL lega nickel-titanio
Polimorfismo tra austenite e martensite
Austenite cubica a corpo centrato alte T
Martensite geminata basse T
La trasformazione avviene abbassando T, con spostamento ordinato di un
gran numero di atomi
Polimorfismo tra austenite e martensite
Austenite cubica a corpo centrato alte T
Martensite geminata basse T
La trasformazione avviene abbassando T, con spostamento ordinato di un
gran numero di atomi
Gli atomi sui piani geminati tendono a scorrere facilmente, se sottoposti a
uno sforzo. La deformazione e’ detta termoelastica.
Per far memorizzare la forma bisogna tenere il materiale ad alta T per
tempi lunghi
Austenite austenite
T T
Martensite martensite deformata