Apresentação

Apresentação

  Sinterização de Cerâmicas  

Ana Flávia Sales Davi Castro Lima Henrique Rabelo Gontijo Maria Izabel Oliveira Fialho Nelson

Cerâmicas

  • Formados por compostos metálicos e não-metálicos;

  • Ligações interatômicas ou são totalmente iônicas ou predominantemente iônicas com alguma natureza covalente;

  • Isolantes à passagem elétrica e térmica, e são mais resistentes a altas temperaturas e ambientes rudes do que polímeros e metais;

  • Duras, mas muito frágeis.

Produção de um material cerâmico:

As técnicas de fabricação de materiais cerâmicos assemelham-se muito à metalurgia do pó. As principais etapas do processo de são as seguintes:

  • Preparação para conformação.

  • Conformação, a qual pode ser feita no estado líquido, semilíquido ou úmido ou sólido, nas condições fria ou quente.

  • Secagem para remoção de água

  • Queima das peças após secagem.

  • Acabamento final (se necessário).

Queima e Sinterização

Queima: É o tratamento térmico em um forno, a que são submetidos produtos a verde, para desenvolver microestrutura e propriedades desejadas.

Sinterização: Um dos estágios da queima na qual ocorre a consolidação do produto.

Sinterização

  • Agrupamento de moléculas que compõem a cerâmica à medida que a temperatura aumenta, estando sempre abaixo do ponto de fusão do material (ocorre a partir de ½ a 2/3 dessa temperatura) o suficiente para causar difusão atômica ou fluxo viscoso.

  • Imperfeições e poros diminuem, aumentando assim a densidade do material e diminuindo suas dimensões. Existem exceções (ex.: refratários porosos).

Processos de Pré-Sinterização:

  • Secagem;

  • Vaporização de água combinada;

  • Decomposição de materiais orgânicos;

  • Pirólise (termólise) de aditivos orgânicos;

  • Mudanças no estado de oxidação de íons;

  • Calcinação de carbonatos, sulfatos.

A sinterização e sua força motriz

  • É um tratamento térmico para unir partículas em uma estrutura predominantemente sólida, através de processos de transporte de massa que ocorrem em escala atômica que podem conduzir, ou não, a densificação do corpo;

  • A força motriz para a sinterização é a redução da área superficial (e da energia superficial) obtida pela substituição de um pó solto tendo superfícies com alta energia (sólido-vapor) por um sólido ligado tendo contornos de grão com energia mais baixa.

Controle

    • Propriedades do compactado a verde (composição, densidade, porosidade, tamanho e forma de partícula, homogeneidade)
    • Parâmetros de sinterização (atmosfera, pressão e temperatura, incluindo taxas de aquecimento e resfriamento)

Sinterização: Al2O3 + MgO

Tipos de sinterização

  • Sinterização no estado sólido: o material é transportado sem que haja líquido na estrutura

  • Sinterização com fase líquida: Líquido na estrutura, pode ser de fusão de um dos componentes ou resultado de reação.

    • Fluxo viscoso
        • Vitrificação

Crescimento de grão

  • Crescimento de grão é o processo pelo qual o tamanho médio de grão de um material aumenta continuamente durante o tratamento térmico.

  • Os grãos crescem pelo movimento dos contornos. A força motriz é a diferença na energia livre do material nos dois lados de um contorno de grão, que faz com que o contorno se mova na direção de seu centro de curvatura.

Crescimento de grão: tipos e direção

Sinterização com fase liquida

Requisitos:

  • Deve haver líquido suficiente na temperatura de sinterização. (Para partículas de cerca de 1 µm, menos de 1 V% líquido é suficiente para cobri-las uniformemente. Usualmente, para partículas maiores, 5-15% é usado)

  • O líquido deve ter boa molhabilidade (tendência de fluido a se espalhar/aderir um sólido).

  • Viscosidade do líquido formado

  • Outras variáveis importantes :

    • Tamanho de partícula do pó
    • Grau de mistura

Formação de fluxo viscoso que molha o sólido, se espalha e junta as partículas por aderência ou capilaridade, causando densificação.

  • Formação de fluxo viscoso que molha o sólido, se espalha e junta as partículas por aderência ou capilaridade, causando densificação.

Microestruturas

Técnicas de Sinterização

Técnicas tradicionais

Sinterização por forno resistivo

  • A estrutura sinteriza apenas com o auxílio da temperatura;

  • Geralmente, trabalha-se com baixas taxas de aquecimento e resfriamento, devido “inércia térmica dos fornos”;

  • Pode-se ainda manipular a atmosfera de sinterização;

  • Os fornos resistivos são os de mais fácil fabricação e permitem o processamento de uma maior quantidade de amostras a cada vez

Sinterização com o auxílio de pressão

  • A temperatura promove o aumento de transporte de material. A pressão intensifica ainda mais esse transporte, por deformação plástica e deslizamento de partículas inteiras;

  • Prensagem isostática a quente ou prensagem uniaxial a quente

Sinterização reativa

  • Reações entre componentes presentes podem criar novas fases, com diferentes molhabilidades, energias superficiais e difusidades, gradientes de composição, que promovem difusão atômica;

  • É claro que somente aqueles sistemas que apresentam reações entre componentes que contribuam para o processo de sinterização podem ser assim sinterizados.

Técnicas de Sinterização

Técnicas inovadoras de sinterização

Sinterização por micro-ondas

  • Maiores taxas de sinterização e temperaturas mais baixas;

  • Maior homogeneidade estrutural e menor tamanho de grão;

  • Aumento da qualidade, produtividade e rendimento;

  • Processamento em tempo reduzido;

  • Redução do custo global do processo.

Sinterização seletiva a laser

  • Consiste em dirigir um feixe de laser sobre a amostra, provocando aquecimento;

  • Um feixe de laser que é refletido em um espelho que se move, permitindo que o feixe faça uma varredura sobre uma camada de pó solto;

  • Existem dois métodos para o processamento de cerâmicas via laser: o indireto e o direto;

  • Aquecimento muito rápido;

  • A sinterização é considerada local;

  • Técnica utilizada para confecção de peças únicas (protótipos, peças de reposição fora de série e implantes ósseos).

Sinterização por plasma

  • O plasma é um gás que apresenta certo grau de ionização de seus constituintes, sendo portanto um gás condutor elétrico;

  • O gás pode ser ionizado por calor, radiação ou descarga elétrica;

  • O aquecimento do material ocorre muito rapidamente;

  • Permite altas taxas de sinterização;

  • Menor tamanho de grão;

  • Altas densidades finais;

  • Melhor resistência mecânica a baixas temperaturas.

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