A sinterização por plasma de faísca (SPS) é uma técnica de sinterização rápida que utiliza corrente eléctrica pulsada para aquecer e densificar materiais em pó.
O processo envolve três fases principais: aquecimento por plasma, sinterização e arrefecimento.
A SPS oferece vantagens significativas em relação aos métodos de sinterização convencionais, incluindo tempos de processamento mais rápidos, taxas de aquecimento mais elevadas e a capacidade de produzir materiais com microestruturas e propriedades controladas.
Explicação das 4 fases principais
1. Aquecimento por plasma
Na fase inicial da SPS, uma descarga eléctrica entre as partículas de pó resulta num aquecimento localizado e momentâneo das superfícies das partículas até vários milhares de graus Celsius.
Esta descarga de microplasma forma-se uniformemente em todo o volume da amostra, assegurando que o calor gerado é distribuído de forma homogénea.
As altas temperaturas provocam a vaporização das impurezas concentradas na superfície das partículas, purificando e activando as superfícies.
Esta purificação leva à fusão das camadas superficiais purificadas das partículas, formando "pescoços" entre elas.
2. Sinterização
A etapa de sinterização no SPS é caracterizada pela aplicação simultânea de temperatura e pressão, o que leva a uma alta densificação.
Ao contrário da sinterização convencional, que pode levar horas ou mesmo dias, a SPS pode completar o processo de sinterização em apenas alguns minutos.
Isto é conseguido através do aquecimento interno da amostra utilizando corrente contínua pulsada, que gera elevadas taxas de aquecimento.
O curto tempo de permanência na temperatura de sinterização (normalmente 5 a 10 minutos) reduz ainda mais o tempo total de sinterização.
O aquecimento rápido e os curtos tempos de sinterização evitam o engrossamento e o crescimento do grão, permitindo a criação de materiais com composições e propriedades únicas, incluindo materiais submicrónicos ou à nanoescala.
3. Arrefecimento
Após a fase de sinterização, o material é arrefecido.
Os ciclos rápidos de aquecimento e arrefecimento no SPS ajudam a manter a microestrutura fina do material sinterizado, uma vez que as altas temperaturas estão localizadas nas áreas superficiais das partículas, impedindo o crescimento de grão dentro das partículas.
4. Vantagens da SPS
A SPS oferece várias vantagens em relação aos métodos de sinterização convencionais.
Permite o processamento de uma vasta gama de materiais, incluindo materiais nanoestruturados, compósitos e materiais gradientes.
As elevadas taxas de sinterização e os ciclos de processo curtos tornam-no num método mais eficiente para produzir compactos densos a temperaturas de sinterização mais baixas em comparação com os métodos convencionais.
Além disso, a SPS pode controlar eficazmente o tamanho do grão do corpo sinterizado, o que é benéfico para alcançar as propriedades desejadas do material.
A tecnologia também combina a formação de pó e a sinterização num único processo, eliminando a necessidade de pré-formação e a utilização de aditivos ou aglutinantes.
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