La scienza e tecnologia dei materiali è studio dei materiali metallici e non metallici e delle possibilità del loro utilizzo nell'ambito della moderna tecnologia. Uno dei settori di maggiore interesse della scienza dei materiali è lo sviluppo di nuovi procedimenti, basati su tecniche di laboratorio e risultati di ricerche interdisciplinari di fisica, chimica e metallurgia.

Ø  SVILUPPI RECENTI

Il rapido sviluppo dei semiconduttori per l'industria elettronica, ha dato alla scienza dei materiali l'impulso principale: la scoperta che alcuni materiali non metallici (come il silicio) hanno particolari caratteristiche di conducibilità elettrica ha permesso di concentrare migliaia di componenti elettronici su una singola piastrina di silicio. Ciò ha reso possibile il rimpicciolimento estremo degli elementi dei dispositivi elettronici e il conseguente sviluppo di computer estremamente potenti, ma di dimensioni ridotte.

Alla fine degli anni Ottanta, la ricerca sui materiali ha ripreso vigore con la scoperta della cosiddetta superconduttività ad alta temperatura: il fatto che alcuni materiali ceramici manifestino la transizione allo stato superconduttivo a temperature raggiungibili con le moderne tecniche criogeniche rende possibili nuove. Sebbene gli ultimi sviluppi nella scienza dei materiali si siano concentrati soprattutto sulle proprietà elettriche delle varie sostanze, le caratteristiche meccaniche restano di grande importanza.

Ø  PROPRIETÀ MECCANICHE DEI MATERIALI

Sottoposti a sollecitazioni esterne come la tensione, la compressione, la torsione, la piegatura e il taglio, i materiali solidi rispondono con deformazioni elastiche, deformazioni permanenti o rotture. Se sono prolungate nel tempo, queste sollecitazioni hanno come effetto lo scorrimento plastico e la fatica.

La tensione è una forza di trazione.

Sotto tensione, generalmente un materiale si allunga, ma torna alla lunghezza originaria quando si sospende la sollecitazione, se questa non ha superato il limite di elasticità del materiale stesso. Se la tensione ha superato il limite, il materiale rimane deformato o, se la sollecitazione è ancora più forte, si rompe.

La compressione consiste in una pressione che provoca una diminuzione di volume. In un materiale sottoposto a piegatura, taglio o torsione agisce contemporaneamente sollecitazioni di tensione e di compressione.

Lo scorrimento plastico è una lenta deformazione progressiva e permanente che si verifica in un materiale sottoposto a una sollecitazione uniforme e duratura, specialmente in presenza di alte temperature.

Lo scorrimento plastico prolungato nel tempo può portare alla rottura del materiale, ma in molti casi si arresta al punto in cui la sollecitazione che lo ha provocato è compensata dalla deformazione stessa.

La fatica, una frattura progressiva che avviene oltre il limite di elasticità del materiale, solitamente si verifica quando una parte meccanica è soggetta a sollecitazioni ripetute o cicliche. Con alcuni materiali, ad esempio le leghe di titanio, la fatica può essere evitata mantenendo la sollecitazione ciclica sotto un certo livello. In genere però il cedimento del materiale può verificarsi in tempi brevi, anche se la sollecitazione massima non supera il limite di elasticità.

Nella fatica non appaiono deformazioni evidenti, ma si sviluppano microfratture localizzate che si proano nel materiale, finché l'area della sezione trasversale rimasta integra non può più sostenere la sollecitazione massima.

La conoscenza delle sollecitazioni da trazione, dei limiti di elasticità e della resistenza dei materiali allo scorrimento plastico e alla fatica è di estrema importanza in numerosi settori dell'industria e dell'ingegneria.