17.6. Mecanismos de Sinterização II

A velocidade com que varia o volume do pescoço é uma indicação da velocidade de sinterização e é determinada pela velocidade com que os átomos se movem para a região do pescoço. Mecanismos de transporte de massa são indicados na animação da Figura 17.g, onde são apresentados os modos conhecidos de movimentos de átomos.
Alguns processos que provocam o movimento mostrado são:
1) Evapo-condensação: evaporação, a partir da superfície convexa de uma partícula e condensacão na superfície côncava do pescoço (Veja a animação da Figura 17.g). Este tipo de sinterização é pouco comum em materiais cerâmicos e o exemplo conhecido é da sinterização do cloreto de sódio, NaCl. Neste caso não ocorre contração entre as partículas.
2) Difusão na superfície para a região do pescoço. Neste caso também não ocorre contração.
Processos que produzem contração volumétrica são os mais comuns em sinterização. Os mecanismos de transporte de massa são:
1) escoamento viscoso. A superfície ou toda a partícula encontra-se num estado de líquido de alta viscosidade. Líquido porque o transporte de massa é macroscópico, resultado do escoamento de material para o pescoço. Muitas vezes este estado é chamado, na literatura, de plástico;
2) Difusão atômica: i – difusão volumétrica a partir da região de contato entre partículas para o pescoço; e ii – difusão no contorno de grão entre as partículas. Já foram propostas várias equações para a velocidade segundo a qual cada um destes processos transporta um dado volume de material. Relacionando este fluxo de transporte de massa com os fatores geométricos (Tab. 17.1) que governam a sinterização de esferas perfeitas obtém-se uma série de relações entre o raio do pescoço x e o tempo, que na forma genérica (1) é

(17.2)

Onde x é o diâmetro do pescoço,r é o raio da partícula, k (T) é uma constante que depende da temperatura, expoentes m e n são característicos de um tipo particular de transporte de massa e t é o tempo. Esses cálculos são apresentados na Tabela 17.2.
Tabela 17.2- Mecanismos de transporte e coeficientes m e n

Para fins práticos pode-se descrever o crescimento do pescoço relacionando-o com a contração linear

(17.3)

Onde , l é a dimensão final da peça, é a dimensão inicial, h é o raio do pescoço e r é o raio da partícula.
As teorias que propõem que a sinterização na fase sólida ocorra por processos de difusão atômica, sugerem que o crescimento do pescoço simultaneamente à contração (aproximação do centro das duas esferas) pode ser explicado pela alta concentração de lacunas (vazios atômicos, defeitos pontuais, veja Capítulo 5) na região do pescoço, especialmente naquelas regiões de curvatura negativa. As lacunas se moveriam para o contorno de grão que funcionaria como um “sumidouro” de lacunas, enquanto átomos do volume e da superfície das partículas se moveriam para o pescoço aumentando a área de contato.

Figura 17.g- Mecanismos de transporte de massa no processo de sinterização por fase sólida:1-evaporação/condensação, 2-escoamento viscoso, 3-difusão superficial, 4-difusão volumétrica, 5-difusão pelo contorno de grão