Sinterizacion

Cerámicos

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SINTERIZACION Sinterización es el proceso por medio del cual un polvo compactado es transformado a un cuerpo cerámico denso y fuerte por medio del calentamiento. O según Herring es cualquier cambio en forma de partícula o aglomerado de partículas que experimenta cuando se maneja a temperatura alta. La sinterización puede ocurrir en presencia o ausencia defase liquida. Este ultimo caso es llamado sinterización de fase liquida, donde la composición y la temperatura de quemado son seleccionadas tal que algún liquido es formado durante el procesado (ver Figura 10.1a). En la ausencia de una fase liquida, el proceso es llamado sinterización en estado sólido. (Ver Figura 10.1 b).

Figura 10.1 a) Sinterización de fase liquida, b) sinterización en estadosólido

Sinterización en estado sólido
La fuerza motriz macroscópica para la sinterización es la reducción del exceso de energía asociada a las superficies. Lo anterior puede suceder por a) la reducción del área total superficial debido a un incremento en el tamaño promedio de las partículas, es decir un engrosamiento (Figura 10.2 b) y por b) la eliminación de la interfase sólido/vapor y lacreación de área de limites de grano, seguida del crecimiento de grano, lo cual lleva a la densificación (Figura 10.2 a). Esos dos mecanismos están en competencia. Si el proceso atomístico que lleva a la densificación domina, el poro será más pequeño y se consume con el tiempo y el encogimiento del cuerpo. Pero si el proceso atomístico que lleva al engrosamiento son más rápidos, ambos los poros ylos granos se hacen más grandes con el tiempo. Una condición necesaria para que la densificación ocurra es que la energía del limite de grano gb sea menor que dos veces la energía superficial sólido/vapor sv. Esto implica que el ángulo diedro  mostrado en la figura 10.3 a) y definido como:

 gb  2 sv cos


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ha de ser menor a 180° . Paramuchos sistemas de óxidos, el ángulo diedro esta alrededor de 120°, lo cual implica que gb /sv aprox 1.0 , en contraste con los sistemas metálicos donde la relación se encuentra entre 0.25 y 0.5.

Figura 10.2. Esquema de las dos trayectorias posibles para las cuales una colección de partículas puede bajar sus energías. a) Densificación seguida por el crecimiento de grano. En este caso, elencogimiento del compacto tiene que ocurrir. b) Engrosamiento donde los granos grandes crecen a expensas de algunos más pequeños.

Figura 10.3 a) Angulo diedro de equilibrio entre el límite de grano y las intercaras sólido/vapor. b) Angulo diedro de equilibrio entre el límite de grano y la fase liquida.

Cinética de sinterización
Detalles Experimentales: Cinética de Sinterización Para entenderque ocurre durante la sinterización es necesario medir la contracción, el grano y el tamaño del poro como una función de las variables de sinterización tales como tiempo, temperatura y tamaño inicial de partícula. Curvas típicas del encogimiento son mostradas en la figura 10.4 para dos diferentes temperaturas T2>T1. Se observa que la velocidad de densificación es una función fuerte de latemperatura.

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Por otro lado, es útil graficar el comportamiento del tamaño de grano vs. la trayectoria de la densidad, tal como se muestra en la Figura 10.5 a y b. Típicamente un material seguirá la trayectoria denotada por la curva, donde ambas la densificación y el engrosamiento ocurren simultáneamente.

Figura 10.4. Curvas de encogimiento axial típicasdurante el sinterizado como una función de la temperatura T2>T1.

Figura 10.5. a) Tamaño de grano vs trayectoria de densidad para densificación (curva z) y engrosamiento (curva x). Curva y muestra un polvo para el cual ambos engrosamiento y densificación ocurren simultáneamente. B) Esquema alterno para representar datos en términos de las trayectorias del tamaño de poro y de grano. Un método...