M1 Sinterização e Vitrificação Cerâmica

Tópico

A sinterização cerâmica é o processo pelo qual essa cerâmica se torna mais densa, e esse processo de densificação ocorre por meio de uma de duas vias: difusão em fase sólida ou fluxo viscoso na fase líquida. A presença ou ausência de um fundente nessa cerâmica determina qual via a densificação seguirá. Explicaremos primeiro o que acontece quando um fundente está presente.

A presença de um fundente nessa cerâmica ativa a sinterização em fase líquida: o fundente reduz localmente a temperatura na qual uma fase líquida aparece entre as partículas cerâmicas, e essa fase líquida permite que o material se densifique por fluxo viscoso, conforme descrito pela equação de Frenkel. Essa equação afirma que a taxa desse fluxo viscoso depende diretamente da tensão superficial que atrai as partículas umas às outras e inversamente da viscosidade do líquido que se opõe a esse fluxo: quanto maior a tensão superficial e menor a viscosidade, mais rápido progride a densificação em fase líquida.

A ausência desse mesmo fundente, no entanto, faz com que a densificação ocorra por outra via: a sinterização em fase sólida, impulsionada pela difusão. Na ausência de uma fase líquida, os átomos da própria cerâmica sólida migram, por difusão ao longo da superfície das partículas e contornos de grão, em direção aos pontos de contato entre partículas vizinhas. Este modelo reutiliza, para descrever esse mecanismo, o mesmo mecanismo de estrangulamento em fase sólida já empregado, para o mesmo propósito, pelo modelo equivalente para metais.

Em ambos os casos, esse deslocamento de material em direção aos pontos de contato entre as partículas — por fluxo viscoso na fase líquida ou por difusão na fase sólida — é o que causa o crescimento do estrangulamento entre cada par de partículas vizinhas. Esse crescimento do estrangulamento faz com que os centros das partículas vizinhas se aproximem, e essa convergência se traduz, em escala da peça inteira, em contração linear: quanto maior o estrangulamento entre as partículas, maior a contração linear sofrida pela peça como um todo.

Esse mesmo processo de sinterização, além de produzir essa contração linear, também controla o tamanho final do grão da cerâmica: à medida que a sinterização progride, não apenas os espaços entre as partículas aumentam, mas os próprios grãos cerâmicos se aproximam, de acordo com o mesmo mecanismo de crescimento de grãos durante a sinterização que o modelo equivalente para metais já emprega para o mesmo propósito. Um tempo de sinterização mais longo, ou realizado a uma temperatura mais alta, resulta em um tamanho final de grão maior; uma interrupção mais curta, ou realizada a uma temperatura mais baixa, resulta em um tamanho final de grão menor. Esse tamanho final de grão é precisamente um dos dois parâmetros de estado microestrutural descritos em detalhes por outro modelo neste conjunto.

Portanto, este modelo, com a sinterização cerâmica com a qual foi aberto — seja em fase líquida devido à presença de fundente, seja em fase sólida devido à sua ausência — faz com que suas duas consequências sejam determinadas e, além disso, conectadas com o restante deste conjunto: a contração linear que produz o crescimento do pescoço, que outro modelo deste conjunto acompanha experimentalmente por meio de dilatometria, e o tamanho final do grão que controla o processo de sinterização, que alimenta o modelo que descreve a microestrutura da cerâmica.

ID:4390