O método de sinterização da cerâmica envolve o aquecimento de um compacto "verde" de pó cerâmico a uma temperatura elevada abaixo do seu ponto de fusão, fazendo com que as partículas de pó se difundam e se liguem às partículas vizinhas. Este processo reduz a porosidade do material e aumenta a sua densidade, melhorando assim as suas propriedades mecânicas.
Resumo do processo de sinterização:
- Preparação da pasta cerâmica: O processo começa com a mistura de pó cerâmico com água, aglutinante e defloculante para formar uma pasta. Esta pasta é depois seca por pulverização para criar um pó adequado para moldagem.
- Formação do corpo verde: O pó seco por pulverização é colocado num molde e pressionado para formar um corpo verde, que é a forma inicial do objeto cerâmico antes da sinterização.
- Secagem e aquecimento inicial: O corpo verde é aquecido a uma temperatura baixa para remover o aglutinante, preparando-o para o processo de sinterização.
- Sinterização: O corpo é então sinterizado a uma temperatura elevada, normalmente abaixo do ponto de fusão do material cerâmico. Durante a sinterização, as partículas de cerâmica fundem-se e o material sofre uma contração significativa à medida que a fase vítrea flui e incorpora a estrutura do pó, reduzindo a porosidade.
- Monitorização e controlo: O processo de sinterização é monitorizado através de técnicas como a análise térmica por dilatómetro ótico, que ajuda a determinar temperaturas críticas, como as temperaturas de transição de fase e de transição vítrea.
Explicação pormenorizada:
- Força motriz: A principal força motriz na sinterização é a redução da energia de superfície das partículas. À medida que o material é aquecido, as interfaces vapor-sólido diminuem, promovendo a difusão e a ligação entre as partículas.
- Densificação e melhoria das propriedades: À medida que a sinterização progride, os poros no compacto verde diminuem ou fecham, levando à densificação. Esta densificação melhora significativamente as propriedades mecânicas da cerâmica, como a resistência e a dureza.
- Variações nas Técnicas de Sinterização: Embora o processo de sinterização padrão utilize apenas a temperatura, podem ser utilizadas variações como a sinterização sem pressão e a prensagem isostática a quente (HIP). A sinterização sem pressão utiliza técnicas como compósitos metal-cerâmica graduados e auxiliares de sinterização de nanopartículas para obter a densificação sem pressão externa. A HIP, por outro lado, aplica calor e alta pressão isostática para criar formas 3D complexas.
- Transformação de materiais cerâmicos: Por exemplo, a zircónia sofre uma transformação significativa durante a sinterização, passando de uma estrutura monoclínica para uma estrutura politetragonal, o que aumenta a sua densidade, resistência e translucidez.
Conclusão:
A sinterização é um processo crítico no fabrico de cerâmica que transforma o pó solto num material denso, forte e durável. O processo envolve um controlo cuidadoso da temperatura e, em alguns casos, da pressão para alcançar as propriedades desejadas do material.
