A sinterização por plasma, especificamente a sinterização por plasma de faísca (SPS), é um processo que utiliza correntes eléctricas pulsadas e pressão mecânica para aquecer e densificar rapidamente materiais, normalmente pós, em estruturas sólidas.
Este método é conhecido pela sua elevada eficiência e pela capacidade de controlar a microestrutura do produto final.
Explicação das 3 etapas principais
1. Aquecimento por plasma
O processo começa com a aplicação de corrente contínua (CC) pulsada ao material.
Isto provoca descargas eléctricas entre as partículas de pó.
Estas descargas geram altas temperaturas localizadas, aquecendo efetivamente as superfícies das partículas.
2. Purificação e fusão
As altas temperaturas vaporizam as impurezas nas superfícies das partículas, purificando-as e activando-as.
Isto leva à fusão das camadas superficiais purificadas, formando ligações ou "pescoços" entre as partículas.
3. Densificação e arrefecimento
É aplicada pressão mecânica para melhorar ainda mais o processo de densificação.
As taxas de aquecimento e arrefecimento rápidas permitem o controlo do crescimento do grão, mantendo uma microestrutura fina.
Explicação pormenorizada
Aquecimento por plasma
No processo SPS, a corrente contínua pulsada é usada para energizar o material.
Isto resulta em altas correntes instantâneas que causam descargas entre as partículas.
As pequenas superfícies de contacto entre as partículas conduzem a altas temperaturas locais, que podem atingir vários milhares de graus Celsius.
Este aquecimento uniforme através de descargas de microplasma assegura que o calor é distribuído uniformemente por todo o volume da amostra.
Purificação e fusão
As altas temperaturas não só aquecem as partículas, como também as purificam, vaporizando as impurezas da superfície.
Este passo de purificação é crucial, uma vez que prepara as superfícies das partículas para a fusão.
As superfícies purificadas fundem-se, e o material fundido forma ligações entre as partículas adjacentes, um processo conhecido como formação de pescoço.
Esta é a fase inicial da sinterização, em que as partículas começam a unir-se.
Densificação e arrefecimento
Após a fusão inicial, é aplicada uma pressão mecânica ao material.
Esta pressão, combinada com o aquecimento interno, aumenta o processo de densificação, permitindo que as partículas se unam mais firmemente.
O aquecimento rápido e o arrefecimento subsequente no SPS permitem um ciclo de sinterização rápido, que normalmente demora apenas alguns minutos, em comparação com os métodos de sinterização convencionais que podem demorar horas ou dias.
Este ciclo rápido ajuda a controlar o tamanho do grão e a manter uma microestrutura fina, o que é essencial para as propriedades mecânicas do material sinterizado.
Correção e esclarecimento
É importante notar que o termo "plasma" na sinterização por plasma de faísca é um pouco enganador.
Investigações recentes sugerem que o processo não envolve um plasma efetivo.
Foram propostos nomes alternativos, como Técnica de Sinterização Assistida por Campo (FAST), Sinterização Assistida por Campo Elétrico (EFAS) e Sinterização por Corrente Direta (DCS), para descrever o processo com maior precisão.
Esta técnica é versátil, aplicável a uma vasta gama de materiais, incluindo cerâmicas, compósitos e nanoestruturas.
Não requer pré-formação ou aditivos, o que a torna um método altamente eficiente e controlável para a densificação e consolidação de materiais.
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