Sinterização – Processos especiais

Processamento de Cerâmicas II

7/11/18

• Prensagem a quente

(HP – Hot Pressing)

• Prensagem isostática a quente

(HIP – Hot Isostatic Pressing)

• Sinterização assistida por plasma

(SPS – Spark Plasma Sintering)

• Sinterização assistida por microondas

(MWS – MicroWave Sintering)

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

Prensagem a quente – Hot Pressing

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

• Prensagem a quente - esquema

Hot pressing process - Rahaman

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

Materials Research. 2014; 17(3): 664-671 Henriques, B.*, Soares, D., Teixeira, J.C., Silva, F.S.

• Prensagem a quente – Hot Pressing

Diagrama esquemático ilustrando o desenvolvimento microestrutural durante a sinterização por

prensagem a quente (texturização) - Rahaman

• quando é utilizada essa

técnica?

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

(Si3N4, SiC, etc)

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

Prensagem a quente – Hot Pressing

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

Prensagem a quente – Hot Pressing

Exemplo:

~27 MPa

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

Prensagem a quente – Hot Pressing

Prensagem isostática a quente – Hot Isostatic Pressing

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

Hot-isostatic – pressing equipament - Rahaman

• quando é utilizada essa

técnica?

• como é a microestrutura

do produtos?

Prensagem isostática a quente

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

KtGG mm 0m é um expoente que varia de 2 a 4

Crescimento de grão de bronze puro em

função do tempo e da temperatura -

Fonte: Kingery

Fatores que influenciam significantemente no crescimento de grão

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

Densidade e tamanho de grão de compacto de pó de TiO2 em função da

temperatura de sinterização - Fonte: Rahaman

Competição entre densificação e crescimento de grão

Condições em que os mecanismos de densificação tem maior energia que o mecanismo de

coalescimento - aquecimento rápido (fast firing) pode ser benéfico para alcançar alta densidade

com pequeno tamanho de grão

Materiais sinterizados

por esse processo:

Al2O3, BaTiO3, Al2O3-

TiC e ZrO2

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

Sinterização rápida

• SPS

• MWS

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Sinterização rápida

Sinterização por Microondas

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

01/11/2016 - Ano: 49 - Edição Nº: 125 - Ciência e Tecnologia - Instituto de Química

O que são Microondas

Microondas são ondas

eletromagnéticas com faixa de

frequência no espectro de energia

de 0,3 a 300 GHz, correspondendo

ao intervalo de comprimento de

onda de 1 m a 1 mm.

Sinterização rápida

Sinterização por Microondas

• a partir de 1970 – grande interesse no uso de microondas para

aquecimento e sinterização

• aquecimento completamente diferente do convencional –

com resistência elétrica

• calor gerado internamente pela interação de microondas com

átomos, íons e moléculas do material

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

Padrões de aquecimento em forno convencionais e de micro-ondas -

Rahaman

Estudar melhor as interações microondas x materiais

Sinterização – processos especiais

Sinterização por Micro-Ondas

Qual seria a grande vantagem?

MO – aquecimento volumétrico

Sinterização rápida

Sinterização por Microondas

• velocidade de aquecimento da ordem de 1000ºC/min pode

ser alcançada

• menores temperatura de sinterização

• controle da sinterização mais complicado que a convencional

– mudanças nas propriedades dos materiais com a

temperatura (permissividade, constante dielétrica, etc)

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

Constante dielétrica versus temperatura (frequência de 8-10 GHz) - Rahaman

Sinterização por Micro-Ondas

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

Diagrama esquemático ilustrativo da interação de microondas com materiais - Rahaman

Relação MATERIAIS/ MICROONDAS.

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

MICROONDAS – interagem com alguns materiais (propriedades elétricas e

magnéticas) produzem aquecimento

Sinterização por Microondas

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

Esquema da disposição das

amostras, termopares e suscptores

no interior de um forno de

microondas (49).

Configuração experimental para

processo de aquecimento assistido

por microondas (69)

Sinterização por Microondas

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

Densidade vs temperatura para uma alumina dopada com 200 ppm de MgO

sinterizada por microondas e convencional - Rahaman

Comparação entre sinterização por microondas e convencional

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

Velocidade de densificação versus temperatura para sinterização de Al2O3

dopada com MgO por aquecimento convencional e por microondas

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

Comparação entre sinterização por microondas e convencional

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

Micrografias obtidas MEV do compósito Y2O3-

MgO sinterizado a 1300°C, por 30 minutos,

por microondas (a) e convencional (b).

Tamanho médio de grão ~ 200 nm, sem poros

Grãos muito maiores e com grandes poros

comportamento da densificação para

sinterização por microondas e convencional

Comparação entre sinterização

por microondas e convencional

FORNO MICROONDAS

MEV de varistores ZnO-CuO-

FORNO CONVENCIONAL

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

Comparação entre sinterização por microondas e convencional

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

Sinterização assistida por plasma - Spark

Plasma Sintering

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

Spark Plasma Sintering

• aquecimento via plasma

• altíssimas velocidades de sinterização podem ser alcançadas

• velocidade de aquecimento da ordem de 1500ºC/min pode

ser alcançada

Qual seria a grande vantagem?

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

Esquema do sistema de sinterização por plasma – Spark Plasma Sintering

Sinterização por Spark Plasma Sintering

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

Sinterização – processos especiais Processamento de Cerâmicas II

Crescimento de grão vx densidade para alumina dopada com 200 ppm de MgO sinterizada

por: convencional, rápida e prensagem a quente - Rahaman

Sinterização por Spark Plasma Sintering

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