17.2. Pós Finos

A adaptabilidade de um dado material à fabricação por sinterização depende das propriedades de seu pó, do modo de manufaturá-lo e, obviamente, de ser ou não possível obter o material na forma de pó. As propriedades dos pós incluem tamanho e distribuicão de tamanhos (granulometria), forma, resistência mecânica, teor de contaminantes e densidade aparente (que inclui os poros dentro de cada partícula). Muitas dessas propriedades estão relacionadas com o modo como o pó é obtido.
Tecnologia de pós (metálicos, cerâmicos, poliméricos, alimentícios, fármacos, etc) é uma área específica de desenvolvimento e existem várias rotas já consagradas de obtenção. Sol-Gel e Síntese Hidrotermal são algumas das técnicas utilizadas na produção de pós cerâmicos especiais (Figura 17.b). No caso dos metais, pode-se empregar uma etapa de redução química que produza diretamente um pó. É muitas vezes possível eliminar completamente o processo de fusão ao se fazer peças e partes metálicas. Isto é valioso ao se trabalhar com metais refratários cujos pontos de fusão são muito altos (molibdênio, ponto de fusão = 2623 oC). Reações típicas que produzem pós metálicos são a redução de óxidos por hidrogênio ou carbono, precipitação a partir de soluções ou vapores e eletrólises de soluções. Ambos os pós, metálicos e não-metálicos, podem ser produzidos por fratura mecânica e moagem, se o material for suficienternente frágil. Atomização (pulverização) de líquidos é um método possível, se se dispuser de temperaturas suficientemente altas e cadinhos não reativos. Polímeros em pó podem ser obtidos por polimerizacão de emulsões. Mas a moagem de polímeros, previamente fabricados, em geral não produz partículas adequadas para sinterização.
O tamanho das partículas normalmente empregadas em sinterização fica entre (micrometros) a cerca de . Partículas micrométricas () são, freqüentemente, muito reativas quimicamente. Partículas de ferro produzidas em atmosfera não-oxidante e com dimensöes da ordem de frações de micrometros queimam espontaneamente quando colocadas em contato com o ar. Esta ignição espontânea, conhecida como piroforicidade, é um sério obstáculo na preparacão de alguns pós de metais e decorre do fato de ser rnuito grande o valor do quociente . Por exemplo, aproximadamente meio quilograma de partículas de ferro de de diâmetro tem um volume de cerca de cem centímetros cúbicos (ou cem mililitros (1), mas uma área superficial de cerca de . A reação de oxidação de uma superfície tão grande libera tanto calor que, se for concentrado numa massa relativamente pequena de sólido, provocará rápido aumento da temperatura até o ponto de ignição. Uma certa massa de partículas, pequena em tamanho, mas grande em área superficial específica, adsorve um grande volume de gases e outras impurezas. A inclusão ou liberação dessas impurezas têm grande importância prática no processo de sinterização.
A distribuição do tamanho das partículas (granulometria) também afeta o comportamento em sinterizacão e as propriedades da peça sinterizada. O empacotamento resultante de uma mistura de pós de dois tamanhos de partícula é mostrado esquematicamente na animação da Figura 17.c.
O volume de uma massa de esferas de mesmo tamanho e empacotadas num sistema cúbico simples é usualmente ocupado, cerca de metade (52% exatamente), pelas próprias partículas, e a outra metade pelos espaços (48% exatamente) entre as partículas. Quando se adicionam partículas de menor tamanho, elas tendem a ocupar primeiro esses espaços, reduzindo-se o volume de vazios. Um pó com diferentes tamanhos de partícula apresenta maior densidade aparente (2)que a de tamanho único. Quando se deseja urn produto final poroso (por exemplo, um filtro) é desejável utilizarem-se partículas esféricas e de mesmo tamanho (ou variando numa estreita faixa de valores).

Figura 17.b.1. Síntese Hidrotermal.
Figura 17.b.2. Sol-gel.
Figura 17.c.Empacotamento resultante de uma mistura de pós de dois tamanhos de partícula.