Si ha sinterizzazione per flusso viscoso in presenza di particelle costituite da un materiale per il quale prevale il comportamento viscoso rispetto

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Lazzaro Toscano
6 anni fa
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1 Si ha sinterizzazione per flusso viscoso in presenza di particelle costituite da un materiale per il quale prevale il comportamento viscoso rispetto alla autodiffusione (alla temperatura definita). Caso tipico è quello della sinterizzazione di particelle di vetro o contenenti frazioni ragguardevoli di vetro. Per queste la viscosità è decrescente con la temperatura in maniera esponenziale su ampi tratti. Un aumento della temperatura garantisce quindi lo scorrimento viscoso delle particelle le une sulle altre. 1

2 Il processo di sinterizzazione per flusso viscoso si processo si divide in due fasi. Lo stadio iniziale di densificazione è definito dalla eq. di Frenkel. Quando la porosità diventa occlusa la sinterizzazione rallenta enormemente. Per questo quasi mai si arriva a completa densificazione pur essendo il processo decisamente veloce. 2

3 Lo stadio finale (più lento) è relativo alla chiusura dei pori. La presenza di gas nei pori riduce l efficacia della seconda fase; anche per questo motivo non si arriva mai a sistemi con densità relativa del 100%. 3

4 Nei sistemi che sinterizzano per flusso viscoso sono identificabili lo stadio iniziale (lineare con t) e quello finale (esponenziale negativo). Tipici sistemi sono soprattutto gli smalti vetrosi e i ceramici tradizionali cotti a temperature sufficientemente elevate da generare una discreta quantità di fase vetrosa. 4

5 In presenza di una certa quantità di fase liquida durante la sinterizzazione si parla di sinterizzazione con fase liquida. E la situazione più desiderabile ammesso che le proprietà lo consentano. Condizioni necessarie sono la bagnabilità del solido da parte del liquido e la solubilità del solido nel liquido. La presenza del liquido garantisce una sovrapressione capillare (che può raggiungere anche qualche MPa) che si somma al potenziale di sinterizzazione. Inoltre velocizza il trasporto di materia per solubilizzazione e riprecipitazione nello stadio iniziale. Favorisce inoltre il riarrangiamento delle particelle. 5

6 Nella sinterizzazione con fase liquida si identificano tre fasi: 1. formazione del liquido: uno dei componenti fonde o viene raggiunto un eutettico; la tensione capillare promuove l avvicinamento delle particelle e quindi la densificazione; 2. solubilizzazione del solido nel liquido e riprecipitazione in corrispondenza dei colletti; 3. riduzione della porosità e crescita del grano come nella sinterizzazione in fase solida. La quantità di liquido presente o formabile rende le varie fasi più o meno importanti ai fini della densificazione. 6

7 Una buona solubilità del solido nel liquido porta a densificazione; quando invece il liquido può sciogliersi nel solido si ha rigonfiamento e porosità La solubilità dipende dalla dimensione delle particelle e questo porta ad un ingrossamento delle particelle più grosse a spese delle più piccole (nonché ad un arrotondamento della fase solida). 7

8 Numerosissimi sono i ceramici prodotti per sinterizzazione con fase liquida. 8

9 La microstruttura finale sarà costituita da particelle cristalline circondate da una più o meno estesa fase secondaria (vetrosa o cristallina) come mostrato dagli esempi riportati. 9

10 I diagrammi di stato possono aiutare nelllo scegliere l additivo giusto per promuovere sinterizzazione con fase liquida e nel determinare la giusta composizione. In genere è opportuna una grande differenza nella temperatura di fusione tra il composto base e l eutettico.la composizione va inoltre scelta lontano dall eutettico in modo che il volume di liquido aumenti lentamente alla temperatura dell eutettico. 10

11 La sinterizzazione accompagnata da una pressione esterna è detta hot pressing. Anche in questo caso viene garantita una sovrapressione che si somma al potenziale di sinterizzazione. Inoltre viene garantita l eliminazione dei pori anche più piccoli. La hot pressing consente la sinterizzazione di sistemi altrimenti difficilmente sinterizzabili (quali quelli caratterizzati da legami covalenti). 11

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