17.5. Mecanismos de Sinterização I

O quociente depende da forma da partícula e, em geral, esta razão varia inversamente com o diâmetro da partícula. A energia livre (1) total de um grande número do partículas finas é então maior do que a de um número menor de partículas maiores ou a de um bloco sólido de igual volume. É então razoável supor que a força impulsora da sinterização de um pó fino é a redução da área total da superfície e da energia livre total.
Um modelo de sinterização de esferas de vidro foi proposto por J. I. Frenkel (2). Ele propôs um modelo para o surgimento e crescimento de um “pescoço” entre esferas isotrópicas de mesmo raio. A transferência de massa ocorre por fluxo viscoso (3)(Figura 17.f). A partir da geometria esférica das partículas nessa figura, o raio do pescoço x está relacionado com o raio r da partícula, de acordo com a seguinte equação deduzida por Frenkel

(17.1)

onde x é raio do pescoço, é o raio da partícula, é tensão superficial (Veja Capítulo 12), é a viscosidade e t é o tempo.
O crescimento do pescoço em partículas que se deformam por fluxo viscoso (esferas de vidro, por exemplo) dependerá da relação de duas propriedades: a tensão superficial e a viscosidade do vidro.
Pode-se calcular-para o caso teórico de esferas perfeitas– o volume de material que se move para formar o pescoço e a área de contato entre as partículas. Estes dados são apresentados na Tabela 17.1. A partir desses cálculos, pode-se caracterizar o grau de sinterizacão das duas esferas por medidas experimentais do raio do pescoço e o decréscimo da distância entre centros.
Tabela 17.1- Relações Geométricas na Sinterização de Esferas

Observar na Figura 17.f que a formação do pescoço leva a duas possibilidades: (a) não ocorre contração, pois a formação do pescoço se dá por evaporação na região da fronteira entre as partículas (b) ocorre contração porque a formação do pescoço se dá pelo transporte de material das duas esferas.

Figura 17.f- Formação do pescoço (a) sem contração entre as duas partículas pelo processo de evaporação-condensação, (b) com contração das partículas pela aproximação dos centros.