Introdução dos principais métodos de sinterização para cerâmica técnica
Sinterização refere-se ao processo de densificação de corpos cerâmicos verdes após a moldagem. Sob a ação da alta temperatura ocorrerá a eliminação dos poros e a contração volumétrica, produzindo um corpo sólido sinterizado com a geometria esperada. O processo de sinterização tem um impacto crucial no desempenho do material. É muito importante escolher um método de sinterização adequado na fabricação de diferentes tipos de cerâmicas técnicas e para diferentes demandas de propriedades.
Existem vários métodos de sinterização de cerâmica técnica:
(1) Sinterização atmosférica
A sinterização atmosférica é um dos métodos de sinterização mais comumente usados, que se refere a um método de aquecimento e sinterização de produtos cerâmicos pela adição de auxiliares de sinterização adequados sob pressão atmosférica (ou seja, nenhuma pressão adicional é necessária durante o processo de sinterização).
A desvantagem da sinterização atmosférica é que a temperatura de sinterização é alta, os requisitos do forno também são altos e o desperdício de energia é grande.
(2) Sinterização por prensagem a quente
Sinterização por prensagem a quente é um método de sinterização para pó cerâmico que é difícil de sinterizar, o poder cerâmico é preenchido nocavidade do moldee depois aquecido na direção uniaxial durante a prensagem, significa que a moldagem e a sinterização são realizadas ao mesmo tempo.
O pó cerâmico fica em estado termoplástico durante o processo de sinterização, o que auxilia no contato, difusão e fluxo das partículas, portanto a pressão de moldagem é menor; Também pode reduzir a temperatura de sinterização e encurtar o tempo de sinterização, resistindo ao crescimento de grãos de cristal e obtendo peças cerâmicas com grãos de cristal finos, densidade total, e boas propriedades mecânicas e elétricas. Não há necessidade de adicionar auxiliares de sinterização ou moldagem, e produtos cerâmicos de altíssima pureza podem ser produzidos.
A desvantagem da sinterização por prensagem a quente é que ela adota pressão unidirecional, de modo que a forma e o tamanho do produto são restringidos pelo molde, que geralmente é cilíndrico ou em forma de anel. Além disso, a pressão unidirecional também torna a distribuição de pressão no corpo verde desigual, o que facilmente causa anisotropia na microestrutura e nas propriedades mecânicas do corpo cerâmico sinterizado.
(3) Sinterização por prensagem isostática a quente
A sinterização por prensagem isostática a quente refere-se ao processo de sinterização e densificação de pó cerâmico, corpo verde ou corpo pré-queimado através da ação conjunta de alta temperatura e gás de alta pressão bem balanceado em todas as direções. É adequado para a fabricação de produtos com formatos complexos e pode melhorar a densidade e o desempenho dos produtos. As peças cerâmicas após a sinterização por prensagem isostática a quente terão densidade bem equilibrada e as mesmas propriedades em todas as direções.
A prensagem isostática a quente é um método de sinterização que combina as vantagens da sinterização atmosférica e sinterização por prensagem a quente, ela pode não apenas aumentar a densidade como a sinterização por prensagem a quente, inibir o crescimento de grãos e melhorar o desempenho do produto. Além disso, também pode produzir peças cerâmicas com formatos muito complicados como oatmosféricométodo de sinterização e evita a orientação dos grãos de produtos de cristal não equaxiais.
(4) Sinterização de reação
Refere-se ao método de sinterização de materiais cerâmicos através da reação mútua da fase gasosa ou líquida com a matriz. Os produtos mais típicos são carboneto de silício sinterizado por reação e cerâmica de nitreto de silício sinterizado por reação. A vantagem desse método de sinterização é que o processo é simples, o produto pode ser levemente processado ou não processado e também podem ser produzidos produtos com formatos complexos. A desvantagem é que os produtos químicos que não reagiram permanecem no produto, a estrutura não é fácil de controlar e o produto muito espesso não é fácil de sinterizar completamente.
(5) Sinterização por pressão de gás
Sinterização por pressão de gás (GPS) refere-se ao método de sinterização em que uma certa pressão de gás é aplicada durante o processo de sinterização em alta temperatura, a fim de suprimir a decomposição e perda de peso de materiais cerâmicos em altas temperaturas. Assim, a temperatura de sinterização pode ser aumentada, a densificação do material pode ser promovida ainda mais e podem ser obtidos produtos cerâmicos de alta densidade.
Tanto a sinterização por pressão de gás quanto a sinterização por prensagem isostática a quente usam gás como método para transmitir pressão, mas a pressão e o efeito de pressão dos dois são diferentes. Na sinterização HIP, a pressão do gás é alta (100~300MPa), e a principal função é promover a densificação completa da cerâmica. Na sinterização GPS, a pressão do gás aplicada é pequena (1 ~ 10 MPa), o que suprime principalmente a decomposição térmica de Si3N4 ou outros materiais de alta temperatura à base de nitreto.
(5) Sinterização por deposição de vapor
A sinterização por deposição de vapor pode ser dividida em método de vapor físico e método de vapor químico. Existem dois métodos físicos principais: deposição por pulverização catódica e deposição evaporativa. O método de pulverização catódica consiste em bombardear um alvo plano com um feixe de elétrons no vácuo, e os átomos alvo são estimulados e então revestidos no substrato da amostra. O método de deposição química de vapor introduz gás de reação e mistura de gases enquanto o material do substrato é aquecido, e os materiais gerados pela decomposição ou reação em alta temperatura são depositados no substrato para formar um material denso.
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