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SINTERIZAÇÃO 

A sinterização é um processo natural em que um conjunto de partículas em contato mútuo, sob ação da temperatura, transforma­se em um corpo íntegro e de maior resistência mecânica, podendo, inclusive, tornar­se totalmente denso. 

A  sinterização  ocorre  espontaneamente  na  natureza,  por  exemplo,  com  a  neve  e o  gelo das geleiras, ou mesmo entre cubos de gelo dentro do isopor, bem como no processo de solidificação das rochas sedimentares, em que temperatura e pressão atuam simultaneamente. O ser humano logo aprendeu  a  fazer  uso  deste  processo  e  com  ele  fabricar  utensílios.  Inicialmente  objetos  de  argila passaram a ser fabricados pelo processo de queima das peças argilosas queimadas. Posteriormente, peças metálicas passaram a ser  fabricadas aquecendo­se e martelando­se uma massa de partículas metálicas. A massa sofria densificação e moldagem ao mesmo tempo. 

São inúmeros os sistemas que sofrem sinterização, bem como são diversos os processos que levam  à  sinterização. Entretanto,  ao  aquecer­se  um  conjunto  de  partículas,  elas  podem  sinterizar (isto  nem  sempre  pode  ocorrer,  como  será  visto  posteriormente).  Isto  significa  que  existe  um motivo, uma força motora, que impele o sistema à sinterização, embora ela possa ocorrer de formas distintas.  A  chamada  força  motora  da  sinterização  é  a  diminuição  da  energia  que  o  sistema  de partículas tem em excesso. 

A  superfície  das  partículas  é  uma  região  de  alta  concentração  de  defeitos  estruturais  e  de ligações rompidas. Em relação ao interior da estrutura cristalina, a energia da superfície é bastante superior. É justamente a possibilidade de diminuir sua energia total que leva o sistema a sinterizar. Como  a  superfície  total  de  um  sistema  de  partículas  é  a  soma  da  superfície  de  cada  partícula,  é possível notar o quanto é possível diminuir a energia do sistema, diminuindo­se sua área superficial. Podemos compreender isto pensando que os átomos da superfície gostariam de estar no interior da rede cristalina, pois isto diminuiria sua energia, tornando­os mais estáveis. Por este ponto de vista, uma medida da força motora de sinterização seria a razão área superficial/ volume. Quanto maior esta  razão,  maior  será  a  força  motora  superficial.  Para  o  caso  de  partículas  esférica,  a  razão  é 

3 S V r

=  .  Isto  implica  que  quanto  menor  o  tamanho  das  partículas  maior  será  a  força  motora  de 

sinterização, o que está de acordo com as observações. Conforme mencionado, há uma força motora para a sinterização, porém inúmeras formas da 

sinterização  ocorrer.  Isto  dificulta  imensamente  a  compreensão  deste  processo  e  seu  controle. Entender o processo de sinterização e controla­lo é muito importante dado que a sinterização é parte integrante de processos de fabricação em massa de partes metálicas, cerâmicas e compósitas. Sendo assim,  controlar  o  processo  significa  prever  propriedades  da  estrutura  sinterizada  a  partir  de determinadas matérias primas, sinterizando em dadas condições. Compreender o processo significa poder modificar  condições  de  sinterização  ou  características  da matéria  prima  para  se  conseguir produzir peças com menor energia e/ou com melhores propriedades. 

Como  são  muitos  os  sistemas  que  sinterizam  e  são  vários  os  mecanismos  de  sinterização, estamos evitando no momento descrever o processo de forma generalizada. Ao invés disto, optamos por apresentar separadamente cada tipo de sinterização. 

ESTUDO DA SINTERIZAÇÃO A  sinterização pode  ser  estudada  ajustando­se  seu  enfoque de  acordo  com os  interesses, ou 

seja,  pode­se  abordar  mais  os  aspectos  científicos  ou  os  aspectos  tecnológicos.  O  estudo  da sinterização é feito pela observação das mudanças que ocorrem com o corpo sinterizante durante o processo e pela tentativa de associar estas mudanças às condições de sinterização, ao material sendo

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sinterizado  e  às  características  dele.  Estas  mudanças  podem  ser  das  propriedades  (propriedades mecânicas,  elétricas, magnéticas)  e  da  estrutura  (dimensões,  densidade  e  aspecto  estrutural).  De todas  estas  formas,  as  mais  usuais  são  o  acompanhamento  das  mudanças  dimensionais  e  dos aspectos  estruturais.  Estas  são  feitas medindo­se  continua  ou  intermitentemente  as  dimensões  do corpo sinterizante durante o processo e observando­se a evolução da estrutura em diferentes etapas do processo. 

A mudança das dimensões do corpo sinterizante em decorrência da sinterização está ligada ao processo de diminuição da  área  superficial  do  sistema,  embora  esta mudança  não seja  necessária para se diminuir esta energia. Diminuir a área superficial das partículas implica em diminuir a área da  interface material –  vapor  (espaço vazio).  Isto  é  feito  trocando­se esta  interface  pela  interface material  –  material.  A  fase  vapor  corresponde  justamente  aos  poros  no  interior  do  corpo sinterizante.  Eliminar  a  interface  material  –  vapor  pode  implicar  em  eliminar  os  poros.  Se  isto ocorre,  o  corpo  fica mais  denso.  Para  isto,  a  contração  da  estrutura  deve  ocorrer. Medindo­se  a contração da estrutura durante a sinterização em função do tempo e da temperatura de sinterização pode nos dar informações a respeito de processos e mecanismos que se desenvolvem, promovendo ou dificultando a sinterização. 

Na  prática,  a  medição  das  dimensões  do  corpo  é  feita  de  duas  formas  diferentes:  a  forma contínua e a forma intermitente. No último caso, diversos ensaios de sinterização devem ser feitos. Vários  corpos  são  sinterizados  em  temperaturas  e  tempos  diferentes.  Após  o  resfriamento,  as dimensões  dos  corpos  são  medidas.  Este  método  possui  vantagens  e  desvantagens.  A  principal desvantagem  é  o  grande  trabalho  necessário.  Outra  desvantagem  é  a  de  que  pontos  isolados  são medidos. Deve­se fazer diversos ensaios para se ter informações mais detalhadas do processo. Uma vantagem deste método é que  somente o efeito da  sinterização sobre as dimensões é medido. Os efeitos da dilatação térmica e da expansão devido a transformações de fase são isolados. A medição contínua é feita em dilatômetro. Este equipamento consiste em um sensor de dimensão acoplado a um forno. À medida em que a temperatura aumenta de acordo com uma dada programação, o sensor vai  registrando uma dimensão  escolhida  do  corpo. Medidas podem ser  feitas  a  cada  segundo, de modo que se tem uma informação mais precisa de como se desenrola o processo. Este processo tem como vantagens a necessidade de apenas uma amostra e a grande quantidade de informação obtida deste único ponto em todo o intervalo de tempo e temperatura de interesse. Como desvantagem está o fato de que a mudança de dimensões da estrutura contém misturados os efeitos da sinterização de mudanças da estrutura cristalina e a dilatação térmica. Com um dilatômetro diferencial é possível isolar alguns destes efeitos. Este  tipo de dilatômetro usa duas amostras do mesmo material. Uma delas é a amostra de referência que é completamente densa. 

A figuras 1 mostra um modelo de dilatômetro, um esquema do sensor e porta amostra  e uma curva dilatométrica, respectivamente.

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Figura  1:  Imagem  de  dilatômetro,  do  porta  amostra  conectado  ao  sensor  e  de  uma  curva  de dilatometria e sua derivada. 

Durante a  sinterização,  a estrutura  sofre mudanças significativas, podendo ocorrer  formação de  novas  fases,  crescimento  de  grãos,  alargamento  de  contatos  entre  partículas,  fechamento  e mudança na distribuição de tamanho de poros. Todas estas mudanças fornecem informações sobre os mecanismos que levam à  sinterização do material.  Isto pode ser acompanhado pela observação da estrutura em microscópio ótico ou eletrônico em amostras sinterizadas sob diferentes condições. 

A figura 2 exibe como variam algumas propriedades do corpo sinterizante conforme seu nível de sinterização,  representado pela  temperatura de sinterização. Quanto mais alta esta  temperatura, em geral, mais sinterizada está a estrutura. 

TIPOS DE SINTERIZAÇÃO Como já mencionado, os materiais sinterizam de muitas formas diferentes, embora o resultado 

seja sempre o de produzir uma estrutura cuja área  superficial  seja  inferior à  área  superficial  total inicial. A partir desta seção tentaremos apresentar as formas mais importantes de sinterização. 

A sinterização pode ser  considerada um fenômeno complexo, difícil de  ser descrito por um conjunto  de  equações  dado  que  depende  de  muitos  fatores,  muitos  deles  não  precisamente

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conhecidos. Esta é a razão para que não haja um modelo geral que descreva a sinterização. Ao invés disso,  é  preferível  tratar  a  sinterização  de  cada  sistema  separadamente,  utilizando  apenas  pontos comuns à sinterização de outros sistemas para analogias, mas sem a  intenção de generalizar estes processos. 

Figura  2:  comportamento  típico  de  diversas  propriedades  de  peças  sinterizadas  em  diferentes temperaturas. 

Grosseiramente,  a  sinterização  pode  ser  classificada  em  três  grandes  áreas:  sinterização  em fase  sólida,  sinterização  por  fase  líquida  e  sinterização  por  fase  vapor. No primeiro  caso,  todo o processo se desenvolve com todos os componentes do sistema em estado sólido. Este caso envolve a sinterização de sólidos cristalinos e amorfos. No segundo caso, parte dos componentes passa para a  fase  líquida  e  a  estrutura  sinteriza  principalmente  pela  ação  da  fase  líquida, mas  também pela interação entre sólido e líquido. Este caso abrange também os sistemas em que uma fase vítrea de viscosidade razoavelmente baixa ocorre, comportando­se esta mais como um líquido de que como um sólido. No ultimo caso,  inserem­se os sistemas que  sinterizam graças à presença de uma  fase vapor. Estes são os casos de sistemas com baixa pressão de vapor. Em geral, estes sistemas  não são de valor tecnológico. 

Veremos todos estes tipos de sinterização em uma dada seqüência. Inicialmente, veremos as forças que agem no sistema de partículas, promovendo a densificação da estrutura. Em uma seção seguinte  será descrito brevemente o mecanismo  responsável pela  sinterização por  fase vapor. Em seguida  veremos  como  sinterizam  em  estado  sólido  os  materiais.  Inicialmente  a  sinterização  de sistemas  unários.  Depois  os  sistemas  com  mais  de  uma  fase.  Estes  se  dividem  em  sistemas fracamente e fortemente interativos. Passaremos então para a sinterização por fase líquida, vendo os casos  de  insolubilidade, de  solubilidade, de  sinterização  supersólidus  e  sinterização  ativada. Esta última pode se dar em fase sólida ou na presença de fase líquida. 

FORÇAS QUE LEVAM À SINTERIZAÇÃO Antes  de  tudo  é  necessário  diferenciar  entre  sinterização  e  densificação.  Sinterização  é  o 

fenômeno  decorrente  da  tendência  que  têm  os  sistemas  particulados  de  diminuírem  sua  energia livre. É um processo espontâneo, porém é acelerado pelo aumento da temperatura. Densificação é o aumento da densidade do corpo formado pelo sistema de partículas. Este aumento da densidade é um  efeito  da  diminuição  da  energia  do  sistema,  porém  isto  não  necessariamente  ocorrerá.Há sistemas  que  sinterizam  sem  aumento  de  densidade.  Mencionaremos  aqui  forças  que  levam  à densificação e outras que não levam.

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Suponha que existem duas fases vizinhas. Estas fases podem estar no estado sólido bem como podem  estar  ambas  no  estado  líquido  ou  em  estados  diferentes.  Isto  é  suposto  para  englobar  os casos de sinterização em estado sólido e sinterização em fase líquida. As duas fases são separadas por uma interface. Esta interface possui uma energia interfacial, ou tensão superficial, característica. A área desta superfície pode manter­se constante, aumentar ou diminuir. Tudo depende de como se comporta a energia total do sistema com a variação desta área. 

Imagine  duas  fases  separadas  por  uma  interface  curva.  Uma  fração  infinitesimal  desta interface está mostrada na figura 3. Sejam R1 e R2 os raios principais de curvatura deste infinitésimo de interface. Haverá uma diferença de pressão entre as duas fases dada pela equação de Laplace 

1 2 1 2 

1 1 P P R R

γ

− = +  

em que γ é a tensão interfacial. Caso a fase I seja uma bolha de gás no formato esférico cercada por uma fase sólida ou líquida, os raios principais de curvatura são o raio da esfera. Assim, a diferença de pressão entre as duas fases é 

1 2 2 P P R γ

− = 

A equação nos diz que para uma superfície convexa, como em uma bolha esférica em um sólido ou um líquido, a pressão no interior da bolha é superior à pressão em seu exterior. Supondo uma bolha de ar de diâmetro constante dentro de um volume líquido, podemos afirmar que a pressão do gás no interior da bolha é maior de que a pressão no líquido. Se o líquido for comprimido, sua pressão é aumentada  e  a  condição  de  equilíbrio  é  desfeita.  Em  conseqüência  disto,  a  bolha  vai  contrair, aumentando  sua  pressão  interna,  até  que  uma  nova  condição  de  equilíbrio  seja  alcançada.  A diferença  de  pressão  de  fora  e  de  dentro  da  bolha  aumenta.  No  caso  da  sinterização,  os  poros diminuem, mas  a  pressão  externa  continua  constante.  Para  que  o  processo  de  contração  do  poro parasse, seria necessário que a pressão interna aumentasse. Como isto não ocorre o poro continua a diminuir.  A  equação  de  Laplace  é  o  ponto  de  partida  para  a  explicação  de  diversos  tipos  de sinterização. 

Figura 3: elemento infinitesimal de interface com seus raios principais de curvatura. 

SINTERIZAÇÃO POR FASE VAPOR Suponha  que  um material  de  baixa  pressão  de  vapor  esteja  submetido  a  uma  determinada 

temperatura. Imagine agora uma região da superfície deste material que seja plana. Pela equação de Laplace,  a pressão  interna é  igual à pressão externa.  Imagine  agora uma  região da  superfície que seja convexa vista de dentro do material. Veja figura 4. Neste caso, os raios principais de curvatura são  positivos  e  a  pressão  interna  será  superior  à  pressão  externa.  Suponha  que  outra  região  da

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superfície seja côncava em relação à parte de dentro do material. Neste caso, os raios principais de curvatura são negativos e a pressão externa é superior à pressão interna. 

Este fato nos diz o que ocorre quando partículas de um material de alta pressão de vapor são colocadas  juntas.  O  material  evaporará  preferencialmente  das  regiões  convexas,  formando  uma atmosfera do material. Este material terá um certo potencial químico na atmosfera. É natural esperar que  este  potencial  químico  terá  um  valor  intermediário  entre  os  potenciais  químicos  das  partes convexas e das partes côncavas. A equação seguinte relaciona a diferença de potencial químico e a diferença  de  pressão entre uma  superfície  curva  e  uma  superfície  plana. A  superfície  curva  pode tanto ser côncava quanto convexa. 

0 0 

0 0 

ln( )  P P P RT RT P P

µ µ −

− = ≈ 

A equação nos diz que o potencial químico das partes côncavas da superfície do material é inferior ao  potencial  químico  da  atmosfera.  Isto  acarreta  na  condensação  do  vapor  nas  partes  côncavas. Então  tem­se a evaporação das partes convexas que  são aplainadas e a deposição de material nas partes  côncavas,  que  também  são  aplainadas,  suavizando  a  superfície.  As  partes  côncavas  são principalmente os pontos de contato entre diferentes partículas. Quando o material  se deposita na região de contato, uma ligação entre as partículas é criada e a estrutura torna­se mais rígidas. 

Figura 4: Interface apresentando seções reta, côncava e convexa. 

Note que este tipo de sinterização apenas suaviza a superfície das partículas. Os contatos entre as partículas que geram uma estrutura contínua e, por isso mais rígida, decorre da suavização destas regiões de contato. Em princípio, este  tipo de sinterização não causa fechamento de poros, apenas mudança  de  sua  forma,  portanto,  não  haveria  densificação  da  estrutura.  Entretanto,  efeitos secundários  da  suavização  da  estrutura,  combinada  com  a quebra de  contatos, poderiam  levar  ao maior empacotamento da estrutura, promovendo sua densificação. Em geral, admite­se que este tipo de sinterização não promove densificação. 

SINTERIZAÇÃO EM ESTADO SÓLIDO SISTEMAS UNÁRIOS 

Estes são sistemas constituídos de um só componente. Sistemas vítreos e sistemas cristalinos devem ser analisados separadamente devido à diferença dos mecanismos que levam à sinterização, da forma com a qual os átomos se movem durante o processo. 

Para entender melhor o que provoca o transporte de material,  observemos o caso particular, porém  representativo, de duas partículas  esféricas  de mesmo  tamanho  em  contato. Veja  figura  5. Analisaremos as tensões em duas regiões das esferas, identificadas por 1 e 2. Na região 1, convexa em  relação  ao  material,  a  pressão  é  maior  no  interior  do  material.  Esta  região  está,  portanto, submetida à tensão trativa. Na região 2, temos raios de curvatura com sinais inversos. O resultado

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desta  combinação  é  que  a  diferença  de  pressão entre  as  regiões  1  e  2  “empurra”  o material  em direção à região 2. 

Sistema Vítreo O caso mais comum é a sinterização do vidro. O transporte atômico ocorre por fluxo viscoso. 

A  diferença  de  pressão  entre  regiões  e  diferentes  curvaturas  cria  tensões  de  cisalhamento  e  estas provocam o  fluxo  viscoso  do material  em  direção  à  área de  contato  entre  as  partículas,  fazendo surgir um pescoço. 

Figura 5: Pescoço entre duas partículas. Região I com dois raios de curvatura positivos. Região II com raios de curvatura de sinais opostos. 

Sinter ização de Materiais Cr istalinos O mecanismo de  sinterização de materiais cristalinos é a difusão de vacâncias. Existe  ainda 

uma teoria que considera a densidade de discordâncias da rede como responsável pelo transporte de matéria.

Pode­se  demonstrar  que  a  diferença  de  pressão  entre  as  regiões  de  diferentes  curvaturas produz  diferentes  concentrações  de  vacâncias.  Regiões  côncavas  possuem  concentrações  de vacâncias mais elevadas que regiões convexas, resultando em um fluxo de material para regiões de maior concavidade. É assim que o pescoço entre as partículas é criado. 

Á medida que o  raio do pescoço  cresce, muda o  gradiente  de  concentração de  vacâncias e, como ela, muda a taxa de transporte de material para crescer o pescoço. Outro fator determinante da taxa  com  a  qual  o material  é  transportado  é  o  caminho  de  difusão  das  vacâncias.  As  vacâncias podem percorrer  o  trajeto  até  o  pescoço  através  do  bulk,  dos  contornos  de  grão  e  da  superfície externa  das  partículas.  Deve  ser  observado que  a  quantidade  de material  transportado  através  de cada um destes percursos, influindo na taxa de crescimento do pescoço, depende do coeficiente de difusão de cada trajeto e da extensão da área de cada um destes trajetos. É sabido que o coeficiente

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de difusão depende da temperatura. À medida que o tempo passa, mais material chega ao pescoço, alterando sua geometria – portanto o gradiente de concentração de vacâncias – e a extensão da área da  área  de  cada  percurso.  O  resultado  é  que  a  contribuição  de  cada  trajeto  de  difusão  para  o crescimento do pescoço varia com a evolução da sinterização. 

Diagramas de sinterização que apontam os campos de predomínio de cada trajeto de difusão para  o  crescimento  do  pescoço  em  diferentes  etapas  de  crescimento  de  pescoço  para  diferentes temperaturas, como ilustra a figura 6. Estes diagramas são válidos para uma geometria particular. Em princípio, cada geometria requer seu próprio diagrama. 

Figura 6: Diagrama de sinterização para partículas de cobre de 88µm de tamanho por Ashby. 

Uma  teoria desenvolvida por Werner Schatt  explica a  sinterização como sendo resultado da grande concentração de discordâncias na região de contato entre as partículas. Segundo Schatt, sua teoria  explica  as  altas  taxas  de  densificação  medidas  experimentalmente,  que  não  podem  ser explicadas  pelo mecanismo de difusão,  incapazes  de  transportar  tamanha  quantidade de material. Esta teoria mescla aspectos de materiais cristalinos com materiais viscosos. De acordo com o autor, a  tensão  capilar  na  região  do  pescoço  aumenta  a  densidade  de  vacâncias  e  de  discordâncias.  A concentração  de  defeitos  na  rede  faz  o material  parecer  com um material  vítreo.  Deste modo,  o material  pode  ser  transportado  por  fluxo  viscoso,  que  pode  transportar  mais  material  de  que  a difusão. A viscosidade depende da concentração de defeitos da rede. 

Outra observação experimental que não pode ser explicada pela difusão atômica é a influência que  possui  a  velocidade  de  aquecimento  ou  resfriamento  sobre  a  taxa  de  transporte  de material. Quanto mais rapidamente a amostra se aquece mais rápido é o transporte de material. Resfriamento praticamente paralisa o transporte de material, enquanto que a isoterma faz a taxa de transporte de material  decrescer  significativamente.  Talvez  este  fato  possa  ser  explicado  pela  relação  entre  as taxas  de  criação  e  recuperação de defeitos  em diferentes  regimes  térmicos  com  a  viscosidade do material, usando a teoria de Schatt.

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Quando o transporte de matéria ocorre por difusão através do bulk e dos contornos de grão, material  é  retirado  do  interior  das  partículas.  Em  decorrência  disso,  os  centros  das  partículas  se aproximam.  A  conseqüência  disto  é  a  contração  da  estrutura  de  partículas.  Supondo  que  as partículas  são  todas  esféricas  de  mesmo  tamanho  e  que  elas  assumem  um  arranjo  geométrico regular, é possível encontrar uma relação entre o tamanho do pescoço, a aproximação de centros das partículas  e  a  contração  da  estrutura.  Como  a  contribuição  de  cada  trajeto  de  difusão  para  o crescimento do pescoço (aproximação de centros) é diferente, teoricamente é possível identificar o trajeto  de  difusão  percorrido  pelos  átomos  responsáveis  pela  sinterização  apenas  medindo  a contração  da  amostra.  Na  prática  isto  é  feito  determinando­se  expressões  matemáticas  que relacionam  as  contribuições  da  difusão  através  de  cada  trajeto  de  difusão  para  o  crescimento  de pescoço (contração linear). Sabe­se que a quantidade de material  transportado por difusão através de cada trajeto depende do tempo de modo diferente. Assim, determinando­se experimentalmente o comportamento  de  contração  da  estrutura  com  o  tempo  de  sinterização  seria  possível, recorrentemente, determinar o trajeto de difusão. 

Esta era uma prática bastante usual, porém o número de críticas a ela é grande. Não se pode comparar rigorosamente expressões matemáticas deduzidas de situações hipotéticas com resultados experimentais realizados em condições que não reproduzem as situações hipotéticas. Por exemplo, as  expressões  supõem  partículas  esféricas  de mesmo  tamanho.  Isto  nunca  ocorre  na  prática.  As expressões  supõem  um  arranjo  regular  para  as  partículas.  Isto  é  outra  coisa  irreal.  A  não regularidade  do  arranjo  das  partículas  possui  uma  conseqüência  importante  sobre  a  taxa  de contração  e  a  forma  da  estrutura  durante  a  sinterização.  Caso  houvesse  um  arranjo  regular  de partículas  todos os poros  seriam do mesmo  tamanho e  a  estrutura de  sinterização  seguiria  com  a mesma regularidade durante o processo. Havendo irregularidades no arranjo de partículas, existirão algumas  partículas  com mais  de  um pescoço dispostos  não  simetricamente. Esta  situação origina torques  sobre  as  partículas,  fazendo­as  girar  e  quebrar  contatos  já  estabelecidos,  bem  como  a criação de novos contatos. Com isto, poros de diferentes tamanhos ocorrem na estrutura, podendo haver também crescimento de poros. 

Deve também ser considerado que a expressão considera apenas a isoterma. Isto significa que as medidas experimentais deveriam  isolar a  influência da  sinterização durante o aquecimento. Na prática, isto pode ser feito facilmente quando a sinterização é acompanhada por dilatometria, porém, muitas medidas de contração eram feitas antes e após o aquecimento da amostra. 

SISTEMAS COM MAIS DE UM COMPONENTE Quando sistemas de mais de um componente sinterizam a descrição do processo torna­se bem 

mais  complicada,  pois  diversos  outros  fatores  devem  ser  considerados.  Além  do  fato  de  que componentes  diferentes  possuem  em  geral  pós  com  características  também  distintas,  devemos considerar  que  as  difusividades  de  cada  componente  são  diferentes,  o  que  afeta  a  quantidade  de material transferido para os pescoços. As principais diferenças, entretanto, entre os sistemas unários e aqueles com mais de um componente está na interação entre estes componentes. 

Um  sistema  qualquer  tenta  evoluir  para  seu  estado  de  menor  energia.  Caso  o  sistema  seja aquecido, o sistema evoluirá de forma mais rápida para este estado de equilíbrio. A sinterização é, como já foi visto, um processo que contribui para a diminuição da energia do sistema. Isto envolve a  diminuição  da  energia  superficial.  Existem  diversos  outros  processos  que  podem  ocorrer, abaixando a energia do sistema. Alguns deles são: solubilização entre os componentes, formação de fases  intermediárias,  reações  entre  os  componentes. Normalmente,  as  energias  envolvidas  nestes processos são significativamente maiores que as energias envolvidas na sinterização. Obviamente o processo  que  envolve  a  maior  quantidade  de  energia  predomina  sobre  os  demais,  isto  é,  possui maior força motora para ocorrer e sua ocorrência tende a influenciar mais o sistema.

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Quando sistemas com mais de um componente são postos a sinterizar, deve ser observado que outros processos ocorrem paralelamente e estimar as energias envolvidas com  tais processos. Por exemplo, Savitskii estimou as variações de energia livre devido à redução de área superficial (força motora de  sinterização)  e devido  à  formação de uma  liga para o  sistema Al­20%at. Zn,  tendo  as partículas esféricas de ambos os pós cerca de 10µm de diâmetro. A energia pela redução de área é 1,25cal/g.atom  enquanto que  a  formação  da  solução  sólida Al(Zn­ss)  é  cerca  de  –172cal/g.atom. Vemos que a variação de energia devido à formação da solução sólida é cerva de duas ordens de grandeza  maior  de  que  a  redução  da  energia  produzida  pela  diminuição  de  área.  Diante  disto, podemos notar que a formação da solução sólida é o processo dominante quando a mistura de pós é aquecida.  Isto  significa  que  não  necessariamente  este  sistema  pode  densificar.  Tudo  depende  do mecanismo de  formação da  solução  sólida.  Quando  estes mecanismos  provocam o  transporte  de material para fechar a porosidade e diminuir a área superficial, haverá densificação. É possível que a formação da solução ocorra com a criação de poros devido aos diferentes coeficientes de difusão de cada componente. 

Sistemas com componentes fracamente interagentes Estes são os casos em que os componentes do sistema não interagem ou a energia de interação 

é consideravelmente inferior à variação de energia superficial. Exemplos de tais sistemas são o W­ Cu  e o WC­Co. No primeiro  caso,  sequer  há  solubilidade dos  componentes. No  segundo  caso, o WC dissolve no cobalto. Em situações como esta, devemos observar a sinterização pela tradicional formação  de  contato  entre  as  partículas.  Entretanto,  algumas  diferenças  devem  ser  notadas. Devemos  observar  as  difusividades  de  cada  componente.  Tanto  as  autodifusividades  quanto  as heterodifusividades.  Devemos  observar  também  a  energia  da  interface  entre  os  diferentes componentes. 

Suponha  que  um  sistema  de  dois  componentes  (A­B)  que  interagem  fracamente  sinteriza. Suponha que A tem maior pressão de vapor e que a energia interfacial da interface A­B é menor que a  energia  das  interfaces A­A  e B­B. A maior  pressão  de  vapor  do  componente A  implica  que  a autodifusividade  de  A  é  maior  que  a  de  B.  Devemos  tomar  também  como  provável  que  a heterodifusividade de A em B é maior que a de B em A. A menor energia superficial da interface A­ B significa que os contatos entre os componentes A e B tendem a se alargar mais que os contatos dos tipos A­A e B­B. Por fraca interação, podemos entender uma solubilidade homopolar bastante limitada. Estas são as condições termodinâmicas do sistema. A análise da sinterização do sistema deve agora considerar as características de cada pó (tamanho de partícula e quantidade de cada fase) e a variação da densidade sofrida pela fase ao dissolver o outro componente. 

O tamanho médio de partícula de cada pó e a quantidade de cada componente determinam o número relativo de partículas de cada componente. Este número relativo de partículas de cada fase está relacionado ao número de contatos dos tipos A­A, B­B e A­B. O tamanho médio de partícula determina a magnitude da força de capilaridade agindo sobre as partículas em contato. Estas forças são maiores  para  as  partículas menores. A mudança  de  densidade da  fase  solvente  é  importante, pois  dependendo  de  sua magnitude,  da  quantidade  desta  fase  e  do  tamanho  da  partícula  poderá haver variação de volume (contração ou inchaço) do corpo devido à variação de volume desta fase solvente. 

As magnitudes das energias interfaciais co­determinam o tipo de estrutura que se forma. Por exemplo, foi suposto que a energia da interface A­B é menor que as demais. Então o pescoço entre partículas A e B são maiores de que os pescoços entre as partículas A­A e entra as partículas B­B. Caso  a  energia  interfacial A­B  fosse maior, os  contato  entre as  partículas A  e  B  seriam os mais fracos. Os sistemas W­Cu e WC­Co são exemplos destes casos. A energia interfacial W­Cu é a mais alta de todas. Como conseqüência, contatos W­Cu quase não são formados. Considerando­se ainda a alta pressão de vapor do Cu e a baixa pressão de vapor do tungstênio, forma­se na estrutura um esqueleto  de  cobre,  caso  esta  fase  esteja  presente  em  grande  quantidade.  A  sinterização  deste

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sistema  só ocorrerá em estado sólido  se houver um número de contatos entre partículas de cobre suficiente para formar um esqueleto através da estrutura. No caso de WC­Co, a pressão de vapor da fase Co é bem maior que a de WC. A formação de contatos entre partículas de cobalto é mais fácil de  que  a  de  contatos  entre  partículas  de  WC.  Adicionalmente,  a  baixa  energia  superficial  da interface  WC­Co  facilita  a  formação  de  contatos  WC­Co.  O  resultado  disto  é  que  este  sistema sinteriza significativamente em estado sólido graças ao fato de que as partículas de Co se espalham sobre  as  partículas  de  WC.  Aglomerados  do  tipo  WC­Co  são  formados  e  se  interligam.  Este mecanismo provoca muita densificação da estrutura. 

Sistemas com componentes for temente interagentes Estes são os casos em que a energia envolvida na interação entre os componentes é diversas 

vezes  maior  de  que  a  energia  envolvida  na  diminuição  da  energia  superficial.  A  interação  pode envolver  a  solubilidade de  um dos  componentes  ou de  ambos  em grande  extensão.  Pode ocorrer também  a  formação  de  fases  intermediárias.  Nestas  condições,  algumas  coisas  devem  ser observadas: 

a)  a quantidade de energia absorvida ou liberada da reação. Caso esta energia seja grande, se absorvida, pode resfriar a estrutura abaixando a taxa de reação. Se liberada, pode aquecer a estrutura e acelerar a taxa de reação. 

b)  o sentido da solução entre os componentes, ou seja, em um sistema binário A­B, A dissolve B,  B  dissolve  A  ou  ambos  se  dissolvem?  Esta  informação,  combinada  com  o  número relativo de partículas de cada fase e com a variação de densidade da solução formada pode prever uma possível expansão da estrutura. 

c)  os  coeficientes  de  heterodifusão  dos  componentes  do  sistema  dirão  qual  o  componente difundirá mais  rapidamente.  Isto  é  importante, pois  poderá  haver  formação de porosidade Kirkendall  nas  partículas  do  componente  de maior difusividade. Neste  caso,  é provável  a ocorrência  de  expansão  da  estrutura.  Caso  o  excesso  de  vacâncias  seja  dissipado  nos contornos de grão e/ou em escalada de discordâncias, a estrutura poderá se contrair. 

d)  a densidade  de  fases  intermediárias  e  os coeficientes  de  difusão  dos  componentes  de  tais fases. Este ponto é útil, pois grandes diferenças de densidade podem provocar a quebra da estrutura.  Expansão  ou  contração  da  estrutura  também  pode  ser  explicada  a  partir  desta variação. Os coeficientes de difusão em fases intermediárias em geral são bastante diferentes daqueles  nas  fases  puras.  Isto  leva  a  uma  drástica  mudança  na  taxa  de  transferência  de material por difusão. 

Devemos observar que em sistemas deste  tipo as  reações que ocorrem podem perfeitamente “encaminhar” a estrutura para uma forma mais porosa ou menos densa que a situação inicial. Este caso corresponde à situação em que a reação impede ou inibe a densificação da estrutura. Em tais situações, é recomendável se trabalhar com os pós preligados, ao invés de se formar a liga in situ. Isto evitaria a ocorrência da reação e de seus efeitos nocivos à densificação. Pode também acontecer que os mecanismos de reação sejam tais que “encaminham” a estrutura para a densificação através do fechamento da porosidade. Neste caso, dizemos que a reação ativa o processo de densificação. 

As figuras 7­9 a seguir exibem a dependência que a mudança de volume da estrutura possui da composição  do  material  para  os  sistemas  Ag­Pt,  Ni­Mo  e  Cu­Ag.  Com  as  curvas  de  contração, pode­se ver os diagramas de fase de cada sistema. 

Em cada caso, vemos que a adição de um componente pode provocar ativação ou desativação da densificação. No caso do sistema Ag­Pt chaga a ocorrer expansão da estrutura no  intervalo de composição  25%  ­  98%  Pt.  A  sinterização  ocorre  em  900°C.  Este  intervalo  de  composição  se estende desde o campo da solução sólida de Pt em Ag até o campo da solução sólida de Ag em Pt. Ambos os componentes são solúveis (solubilidade bipolar). A formação desta solução sólida deve ser acompanhada da diminuição da densidade de ambas as fases ou da diminuição da densidade de uma das fases, com a formação de porosidade Kirkendall na outra fase. A expansão ocorre quando

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ambas as soluções sólidas estão presentes em quantidades aproximadas. Isto dá a entender que não ocorre formação de contatos entre partículas de ambas as soluções sólidas. 

No  caso  do  sistema  Cu­Ag,  vê­se  que  a  densificação  aumenta  justamente  na  região  de equilíbrio entre as soluções sólidas, quando as quantidades destas fases são aproximadas. As duas soluções sólidas possuem baixa solubilidade. Nos intervalos de existência destas soluções sólidas a densificação  é  limitada  em  ambos  os  casos,  porém  a  sinterização  do  Cu(ss)  é  desativada  com  a introdução de Ag e a sinterização de Ag(ss) é ativada com a introdução de Cu. 

Figura 7: Diagrama Ag­Pt e curva de densificação 

Figura 8: Diagrama Cu­Ag e curva de densificação. 

O  pico  de  densificação  na  região  de  duas  fases  pode  ser  conseqüência  de  dois  fatores:  a difusão de Ag e Cu para formar as soluções sólidas em grande volume. Isto intensifica o transporte

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de matéria. O segundo fator se refere à formação preferencial de contatos entre as soluções sólidas, ou  seja, quanto maior o número de contatos Ag(ss)­Cu(ss) maior  será a densificação. O número de contatos seria máximo naquele intervalo de composição. O número de contatos depende do número relativo de partículas o qual, por sua vez, está relacionado à densidade e ao tamanho das partículas de Cu e de Ag. 

No caso do sistema Ni­Mo, há uma desativação da sinterização do Ni(ss) com a introdução do Mo  e  uma  ativação  da  sinterização  do Mo(ss)  com  a  introdução  do  Ni.  Note  também  que  o  Ni dissolve muito Mo, porém este quase não dissolve Ni. A razão disto é a sinterização ativada do Mo pelo  Ni,  que  será  comentada  posteriormente.  Outro  detalhe  importante  a  ser  comentado  é  a formação  da  fase  intermediária δ.  Sua  predominância  na  estrutura  causa  grande  diminuição  da densificação do material. Em geral, as fases intermetálicas são muito estáveis e os coeficientes de difusão de seus constituintes são baixos. 

Figura 8: Diagrama Ni­Mo e curva de de densificação. 

SINTERIZAÇÃO POR FASE LÍQUIDA 

Neste  tipo de sinterização  há presença de uma  fase  líquida na estrutura sinterizante que é a responsável maior pela sinterização. Os sistemas que sinterizam desta forma são constituídos por no mínimo duas  fases  diferentes. A  fase  líquida  tem origem  na  fusão  de uma  destas  fases  ou  como conseqüência da reação entre duas ou mais fases. 

A cinética de formação da fase  líquida, ou seja, sua  taxa de formação é mais um fator a ser considerado na descrição deste tipo de sinterização. Se o líquido é formado a partir da fusão de um componente, sua formação é rápida, pois o líquido será formado ao se ultrapassar a temperatura de fusão. Quando o líquido se forma a partir de uma reação eutética,  a quantidade de líquido e a taxa de formação dependem da composição do sistema e, é lógico, da taxa de aquecimento da amostra. A  figura  9  exibe  esta  situação  esquematicamente.  A  quantidade  de  líquido  para  a  liga  de composição X1  é maior de que para a  liga de composição X2. Além disso a  taxa de  formação de líquido  é maior  para  a  liga X1,  mantendo­se  a  taxa  de  aquecimento  constante,  pois  o  líquido  é formado em um intervalo de temperatura menor do que para a liga de composição X2. Este intervalo de temperatura é identificado pela linha em negrito cruzando o campo de sólido e líquido.

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Figura 9: Diagrama de fases do sistema A­B ilustrando a formação de uma fase líquida para ligas de composições diferentes. 

A  quantidade  de  líquido  presente  na  estrutura  em  cada  instante  é  importante,  pois  co­ determina a taxa de contração e a quantidade de contração que a estrutura experimenta. Em geral, quando uma determinada massa sólida se transforma em líquido, há expansão do volume. Antes da formação da fase líquida a estrutura era constituída pela fração sólida, incluindo­se aí a massa que será transformada em líquido, e por um espaço vazio, que é a porosidade do corpo. A fase líquida ocupará então o espaço que antes era ocupada pela fração sólida que lhe deu origem e um pouco do volume da porosidade, devido à expansão mencionada. Vê­se portanto que a formação do líquido não é, em si, a responsável pela densificação da estrutura. No entanto, a formação do líquido já é responsável pelo aumento da resistência mecânica da estrutura. É o comportamento do líquido que vai determinar se ocorrerá densificação (ou mesmo expansão da estrutura) e qual a  intensidade do aumento da resistência mecânica. O aumento da resistência ocorre porque a  fase  líquida adere às partículas sólidas e quando solidifica, tem­se uma fase que cimenta as partículas que permaneceram sólidas. Obviamente esta estrutura é mais resistente que a estrutura anterior. 

O líquido pode agir de modo a eliminar completamente a porosidade ou até para promover a quebra da  amostra. A  ação do  líquido  será determinada  pela molhabilidade que  o  líquido possui com a fase sólida. A molhabilidade pode ser entendida como a capacidade que uma fase líquida tem de molhar um sólido. Ela pode ser medida pelo ângulo de contato que uma gota faz sobre o sólido, como ilustra a figura 10. 

Figura  10: Ângulo  de  contato  entre  uma  gota  e  um  substrato  sólido.  Quanto menor  o  ângulo  de contato mais o líquido se espalha sobre o sólido. 

Quanto maior a molhabilidade da fase líquida sobre o sólido maior será a densificação que o líquido promove na estrutura e maior será o aumento da resistência mecânica. Este último efeito é fácil de ver pois quanto maior a molhabilidade maior será a área de contato entre a fase matriz e a fase  sólida.  A  maior  densificação  promovida  pela  maior  molhabilidade  é  um  pouco  mais complicado de enxergar. A figura 11 ilustra o caso em que uma gota  líquida está em contato com duas partículas esféricas e um menisco é formado ligando ambas as partículas. Na figura de cima, o ângulo de contato é inferior a 90°. Na figura de baixo este ângulo é superior a 90°C. No primeiro caso, o menisco exerce uma força atrativa sobre as partículas, isto é, a força age tentando aproximar as partículas. No segundo caso a força age tentando afastar as partículas. Transferindo esta situação

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para  o  sistema  de  partículas  em  sinterização,  quando  o  líquido  é  formado  tende  a  molhar  as partículas, formando meniscos dos tipos mostrados nas figuras, dependendo do ângulo de contato. Estes meniscos exercem forças sobre as partículas tentando aproxima­las ou afasta­las. No primeiro caso,  as  forças  de  capilaridade  tendem  a  aproximar  as  partículas,  diminuindo  o  volume  da porosidade. O resultado é o aumento da densidade. No segundo caso, o afastamento das partículas aumenta o espaço vazio. Na prática, a estrutura pode se romper. A molhabilidade é um parâmetro importante  a  ser  observado,  pois  determina  o  papel  que  o  líquido  desempenha  durante  a sinterização. Caso o ângulo de contato seja superior a 90°, o líquido sairá da estrutura pelos poros (diz­se que a estrutura está  suando) ou,  impedido de  sair pelos poros,  fará pressão  (tração)  sob a estrutura que não resiste e trinca e/ou fratura. 

Figura 11: Duas partículas esféricas unidas por um menisco líquido. Ângulos de contato diferentes mudam a forma do menisco. 

Figura 12: Meniscos entre partículas de outras formas também exercem forças sobre as partículas. 

Geralmente  a  forma  das  partículas  não  é  esférica  nem  esferoidal.  Neste  caso,  os  meniscos formados  geral  não  apenas  forças  atrativa  e  repulsiva,  mas  também  torques  e  forças  de cisalhamento. Estas novas forças, caso o ângulo de contato seja baixo, também tentam aproximar as partículas  no  sentido de  aumentar  a  área  de  contato  entre  estas. Nas  duas  situações  ilustradas  na figura 12 o contato entre as partículas aumenta. No caso da esquerda, a partícula de cima tende a girar em decorrência de um torque, fazendo com que sua face direita  toque a face da partícula de baixo. No caso da direita, há uma força de cisalhamento que faz a partícula de cima deslizar sobre a de baixo e a área de contato entre as partículas aumenta novamente. 

Como  foi  dito,  as  forças  de  capilaridade  exercem  forças  sobre  as  partículas. A  intensidade destas forças depende da quantidade de líquido nos meniscos. Portanto, a composição do sistema e a  taxa  de  formação  de  líquido  devem  ser  levadas  em  conta.  A  intensidade  das  forças  também depende do ângulo de contato. Quanto menor o ângulo de contato maior será nível de contato entre

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as partículas. Haverá então melhor empacotamento de partículas. Isto significa maior densificação da estrutura. Vemos então que a mera existência da fase líquida não causa fechamento substancial da porosidade. No  entanto,  as  forças  de  capilaridade que  surgem  com o  aparecimento do  líquido podem levar ao fechamento da porosidade ou à quebra da estrutura. 

ETAPAS DA SINTERIZAÇÃO POR FASE LÍQUIDA Tão  logo  o  líquido  seja  formado,  ele  começa  a  agir,  produzindo  sinterização.  Alguns 

mecanismos de sinterização costumam ser identificados. Em alguns sistemas todos eles são ativos. Em outros, um desses mecanismos não age. Deve  ser salientado que a  sinterização é considerada encerrada  quando  a  estrutura  está  completamente  densa.  Ainda  assim,  alguns  mecanismos continuam operando, pois eles ocorrem naturalmente. A sinterização é apenas um dos efeitos desses mecanismos. 

Considerando que o ângulo de contato entre o líquido e a fase sólida permite a sinterização. À medida  que  o  líquido  se  forma  (rápida  ou  gradualmente),  ele molha  a  superfície  das  partículas, saindo dos  locais  em que ele  foi  formado e  se espalhando através dos poros existentes. Havendo contato  entre  partículas  distintas  e  o  líquido,  haverá  forças  atrativas  agindo.  Localmente,  as partículas  começam  a  se  aproximar  através  de  toda  a  estrutura.  O  resultado  é  um  movimento coletivo de partículas que levará a uma densificação da estrutura. Este movimento é bastante rápido, em comparação aos demais mecanismos que produzem densificação. Havendo suficiente líquido e sendo boa a molhabilidade,  somente este  arranjo de partículas pode  ser  suficiente para densificar completamente a estrutura. Distribuição de  tamanho de partículas da fase que permanece sólida e dispersão  da  fase  que  se  tornou  líquida  na  estrutura  são  fatores  importantes  para  aumentar  a intensidade da densificação pelo arranjo de partículas. 

O  tamanho  de  partículas  é  importante  porque  torna  mais  fácil  ou  difícil  o  movimento  de partículas. O tamanho de partículas também determina o tamanho dos poros e este tamanho também determina a intensidade das forças de capilaridade. Quanto menor o poro mais intensa será a força. A dispersão é importante porque para que a densificação ocorra em toda a estrutura é necessário que o líquido esteja presente através de toda a estrutura. Caso haja má dispersão, alguns locais terão um excesso de líquido e outros locais não terão líquido. Logo, alguns lugares irão densificar enquanto outros terão que esperar até que o líquido chegue até lá para densificar. 

Em  inúmeros  casos,  a  fase  líquida  dissolve  a  fase  sólida.  Quando  isso  ocorre,  um  outro mecanismo que produz densificação entra em operação. Átomos da fase  sólida dissolvem na  fase líquida tendendo à concentração determinada pela termodinâmica. Durante o resfriamento, quando a solubilidade cai, os átomos dissolvidos tendem a precipitar sobre a fase sólida. O que provoca a densificação,  entretanto,  é  o  fluxo  líquido  de  átomos  através  do  líquido  que  vai  das  partículas menores  para  as  maiores.  Este  fluxo  existe  porque  as  partículas  menores  dissolvem  mais rapidamente  que  as  partículas  maiores,  criando  gradientes  de  concentração  na  fase  líquida.  Ao difundirem até os arredores das partículas maiores, os átomos se precipitam lá. Este fluxo provoca a diminuição do tamanho das partículas menores, provocando até mesmo o desaparecimento de uma fração  das  partículas  menores.  Por  outro  lado,  aumenta  o  tamanho  das  partículas  maiores.  Este mecanismo provoca o crescimento do tamanho médio de partícula da estrutura. Este mecanismo de crescimento de grão é denominado de maturação de Ostwald e depende apenas da temperatura e da solubilidade da fase sólida na fase  líquida. Ele continua operando e provocando o crescimento de grão mesmo depois que a estrutura estiver completamente densa. 

O mecanismo de  dissolução  e  precipitação  produz  densificação  da  estrutura  de  três  formas distintas: 

a)  aumenta o volume da fase líquida: quando a fase líquida dissolve átomos da fase sólida seu volume  aumenta.  Como  mencionado,  o  volume  de  líquido  influencia  a  intensidade  de densificação.

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b)  A mudança de forma das partículas: o processo de dissolução e precipitação muda a forma das partículas. Observa­se que as partículas em contato ficam achatadas de modo a aumentar a  área  de  contato  entre  elas,  aumentando  também  o  empacotamento  de  partículas.  Isto aumenta a densidade, significa densificação. 

c)  Crescimento  de  grãos:  o  crescimento  de  grãos  produz  densificação  porque  partículas grandes  quando  não  dispostas  regularmente  no  espaço  como  em um  cristal  ocupam mais eficientemente o espaço de que partículas pequenas. Isto pode ser visto no fato de que pós de partículas grossas apresentam densidade aparente maior de que pós de partículas finas. A razão  disto  é  que  uma  partícula  grande  pode  ser  dividida  em  certo  número  de  partículas menores, mas só existe uma maneira de organizar estas partículas menores e modo a ocupar o mesmo volume da partícula grande original. 

Este mecanismo opera  somente  quando  a  fase  líquida dissolve  a  fase  sólida. Torna­se mais importante  quanto  maior  for  a  solubilidade  do  sólido  no  líquido. Mesmo  depois  que  a  estrutura estiver completamente densa,  ele continua operando, mas somente promovendo o crescimento de grão. Na verdade, este mecanismo opera desde antes da formação da fase líquida, se um dos sólidos dissolve o outro, porém ele não é tão importante, pois a solubilidade em geral não é tão elevada. A solução  e  precipitação  é  o  segundo  mecanismo  em  ordem  de  importância  para  produzir densificação. 

O  terceiro mecanismo  produz densificação  na  existência  de  líquido é  a  sinterização  da  fase sólida com a formação de pescoço entre as partículas, exatamente como acontece sem  a presença do líquido. De todos os demais, este mecanismo é o mais lento e só se faz notar quando o sólido é insolúvel  na  fase  líquida  e  quando  o  arranjo  de  partículas  tiver  cessado.  Na  verdade,  este mecanismo poderia ser considerado uma sinterização em fase  sólida, porque ela se dá com a fase sólida  somente  e  produz  um  esqueleto  sólido  na  estrutura,  porém  a  presença  do  líquido  pode influenciar  a  taxa  de  sinterização  devido  à molhabilidade  do  líquido  no  sólido.  A molhabilidade entre líquido e sólido determinará a extensão do raio do pescoço entre as partículas vizinhas. Caso a molhabilidade seja excelente, por exemplo (ângulo de contato nulo) haverá sempre uma camada de líquido entre as partículas, impedindo a formação de um pescoço, e este mecanismo não ocorrerá. Caso  a  molhabilidade  seja  ruim,  o  pescoço  crescerá  significativamente,  ou  seja,  a  largura  do pescoço  interpartículas  e,  portanto,  a  intensidade  deste mecanismo  de  sinterização  dependerá  da molhabilidade  entre  líquido  e  sólido.  O  crescimento  de  pescoço  continuará  ocorrendo  mesmo depois da estrutura estar completamente densa. 

INFLUÊNCIA DA SOLUBILIDADE SOBRE A SINTERIZAÇÃO POR FASE LÍQUIDA Como mencionado,  a  solubilidade da  fase  sólida na  fase  líquida  tem grande  importância  na 

sinterização por fase líquida. Entretanto, a fase sólida também pode dissolver átomos que estão na fase  líquida.  Quando  isto  ocorre,  geralmente  a  cinética  de  sinterização  é  prejudicada,  ou  seja,  a sinterização é menos intensa. As razões para isso são: 

a)  diminuição do volume da fase líquida: uma vez que átomos do líquido dissolvem na fase sólida, o volume de líquido, que influencia a densificação, diminui. 

b)  Aumento do volume do sólido: ao dissolver átomos do líquido, a fase sólida se expande. Esta expansão pode causar o inchaço da estrutura, diminuindo sua densidade ou pode levar a sua quebra. 

Faz­se  necessário  então  examinar  o  diagrama  de  fases  do  sistema  sob  sinterização,  quando este estiver disponível, para observar as solubilidades das fases existentes. Se o sólido dissolver a fase líquida tem­se uma situação desfavorável. 

O USO DO DIAGRAMA DE FASES E A SINTERIZAÇÃO REAL Em várias situações, os diagramas de fases de sistemas foram exibidos e citados na análise do 

comportamento de sistemas sob sinterização. Alguns cuidados devem ser  tomados ao se fazer uso

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de diagramas de fase na análise de sinterização. Os diagramas são imprescindíveis na predição de comportamentos  de  sinterização  de  sistemas  com  mais  de  um  componente,  mas  não  deve  ser seguido rigorosamente sob pena de se cometer falhas grosseiras. Em seguida alguns detalhes sobre isto serão comentados. 

Há  uma  enorme  diferença  entre  sinterizar  pós  pré­ligados  e pós  de  elementos.  A  figura 13 ilustra  um diagrama  de  um  sistema  hipotético  em  que  há  uma  fase  intermediária  e  duas  reações eutéticas.  Examinemos  dois  casos.  No  primeiro,  pós  dos  componentes  A  e  B  são  misturados  e sinterizados em tal proporção que resulte em uma liga de composição X1. No segundo caso, o pó é pré­ligado de mesma composição. O que ocorre em cada caso? 

Figura 13: Diagrama de sistema hipotético A­B para exemplificar a sinterização de pós pré­ligados e mistura de pós elementares. 

Nota­se  que  o  componente  A  tem  menor  ponto  de  fusão.  Ele  deve  ter  também  maior difusividade. Há duas eutéticas e uma fase intermediária bastante estável. A difusividade desta fase deve ser bastante pequena em comparação com as difusividades das fases α e β. No equilíbrio, a liga de composição X1 apresenta as fases intermediária e β em equilíbrio. Iniciemos com o caso dos pós pré­ligados. O pó desta liga terá as fases AB2 e β nas quantidades próximas ao que estabelece a regra da alavanca (isto dependerá do histórico térmico do pó). Suponha que se deseje sinterizar em uma  temperatura  ligeiramente  superior  ao  patamar  eutético  T2.  A  sinterização  ocorrerá  por  fase líquida,  sendo este  líquido  originado  desta  reação.  Se  a  taxa  de  aquecimento  for  lenta,  o  líquido começará  a  ser  formado  em  T2  e  sua  quantidade  pode  ser  determinada  pela  regra  da  alavanca. Aquecimentos mais rápidos podem mudar este quadro um pouco, mas a regra da alavanca será uma excelente  aproximação.  O  líquido  promoverá  a  sinterização  conforme  comentado  nos  itens anteriores. 

Examinemos agora o caso da sinterização dos pós elementares. Suponhamos um aquecimento lento. Durante o aquecimento, ainda abaixo da temperatura T1, as partículas de A e de B em contato começam a interagir. Note que as fases α e β não dissolvem B e A, respectivamente. Isto significa que a fase intermediária AB2  será formada nos pontos de contato entre as partículas de A e de B. Como esta fase é bastante estável, as heterodifusividades dos elementos A e B através dela podem ser bem pequenas. Isso vai atrapalhar a continuação da formação desta fase que pode se limitar à região de  contato  interpartículas. Quando  alcançamos  a  temperatura T1, um  líquido será  formado devido  à  reação  eutética  entre  as  fases α  e  intermediária.  Este  líquido  irá molhar  as  partículas, aumentando o contato de átomos de A com partículas de B e vice­versa. Isto significa que mais fase

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intermediária  pode  ser  formada  nos  contornos  das  partículas.  Neste  intervalo  de  temperatura,  as fases α, líquida resultante da eutética em T1, AB2 e β co­existem. Quando atingimos a temperatura de fusão da fase α, esta se  liquefaz alterando bastante a composição da fase líquida e aumentando seu volume. A presença da fase líquida desde a temperatura T1  já pode promover densificação. Ao atingirmos T2, mais  líquido será  formado nos contatos da  fase  intermediária  com as partículas da fase β. A partir deste ponto  a quantidade e  a  composição da  fase  líquida  e da  fase  intermediária mudarão  de  modo  a  se  aproximar  da  condição  apontada  pelo  diagrama  de  fases.  Percebe­se claramente  a  enorme  diferença  entre  os  dois  casos. E  este  é  apenas  uma  das  variantes  possíveis porque outras podem aparecer, dependendo da facilidade de formação da fase  intermediária e das heterodifusividades. Uma outra possibilidade, caso a fase  intermediária seja facilmente formada é que a fase líquida desapareça completamente entre T1 e T2 e vá reaparecendo a partir daí. Quando a taxa de aquecimento é elevada, a fase intermediária podem nem aparecer ou aparecer em diminuta quantidade. Então o primeiro evento importante será a fusão da fase α. 

SINTERIZAÇÃO SUPERSOLIDUS Este é o caso da sinterização de pó pré­ligado que se encaixa na discussão feita anteriormente. 

Este  tipo  de  sinterização  ocorre  quando  a  composição  do  pó  pré­ligado  é  tal  que  está  em  um intervalo de uma reação que dá origem a uma fase líquida. Quando a temperatura da amostra excede aquela  da  formação  do  líquido,  este  é  formado  no  interior  de  cada  partícula.  Dentro  de  cada partícula co­existem, portanto, sólido e líquido. As quantidades relativas destas fases dependem da temperatura  e  da  composição  da  liga.  O  líquido  forma  camadas  separando partículas.  Isto  opera como  lubrificante,  facilitando  o  deslizamento  das  partículas,  conseqüentemente  a  fragmentação mencionada. 

Após ter sido formado e fragmentado as partículas originais, o líquido extravasa e preenche a porosidade. A sinterização ocorre a partir deste ponto conforme descrito em itens anteriores. 

As figuras 14 e 15 mostram este processo. A figura 14 ilustra a situação e a figura 15 mostra a situação real. 

Figura 14:  Ilustração da  sinterização  supersólidus. O  líquido  é  formado  no  interior das  partículas que se fragmentam.

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Figura 15: Partículas de uma liga de níquel sofrendo fragmentação devido à formação de uma fase líquida em seu interior. Este líquido é responsável pela sinterização. 

SINTERIZAÇÃO ATIVADA Sinterização  ativada  é  o  nome dado  ao  aumento da  taxa  de  sinterização  de um material  de 

difícil sinterização através da adição de um outro componente em pequenas concentrações. Devido à  pequena  quantidade  de  aditivo,  esta  sinterização  é  muitas  vezes  considerada  de  estado  sólido, porém, a fase dopante pode se apresentar em estado líquido. 

A  sinterização  ativada  aplica­se  a  materiais  de  alto  ponto  de  fusão.  A  sinterização  destes materiais  (fase  única)  teria  que  se  fazer  em  elevadas  temperaturas.  Um  exemplo  disso  é  o tungstênio. A temperatura de sinterização pode ser diminuída significativamente coma  adição de de certos dopantes em pequenas quantidades,  tais como Co, Ni, Fe e Pd. Alguns critérios devem ser satisfeitos para que um componente seja ativador de sinterização de um outro. Estes critérios são: 

a)  a difusividade do componente base no componente ativador deve ser elevada. b)  O componente ativador deve dissolver muito o componente base. c)  O componente base não pode dissolver o componente ativador. Estes critérios asseguram que haverá uma camada do elemento dopante sobre as partículas do 

componente  base  e  que  esta  camada  atua  como  sendo  uma  via  de  difusão  rápida  de  átomos do componentes base para as regiões do pescoço interpartículas. 

A primeira condição garante que a camada de dopante funciona como percurso de transporte rápido de átomos do elemento rápido. O motivo para a pouca sinterização do componente base puro é  justamente  sua  baixa  autodifusividade.  Na  camada  aditiva,  a  difusividade  dos  átomos  do componente base é superior. Portanto, a sinterização é acelerada. 

A segunda condição garante que haverá átomos do componente básico na camada ativadora para que eles se difundam e ativem a sinterização. Quanto maior a solubilidade do componente base no ativador maior será o transporte de material para o pescoço e maior será a sinterização. 

A  terceira  condição  garante  que  haverá  a  camada  aditiva  cobrindo  as  partículas  do componente base, pois se o aditivo dissolver no componente base, ele se incorporará nas partículas do componente base e nenhuma camada se forma. Todas estas condições devem ser satisfeitas. Do contrário não haverá ativação da sinterização. 

Estas  condições  independem  do  estado  físico  do  componente  ativador.  Ele  pode  estar  em estado  sólido  ou  em  estado  líquido.  Se  estiver  em  estado  líquido  haverá  vantagem,  pois  a solubilidade  em  fase  líquida  é,  em  geral,  maior  que  em  fase  sólida.  Outro  motivo  é  que  a difusividade em fase líquida é maior que em fase sólida. 

A  quantidade  de  aditivo  deve  ser  pequena,  o  suficiente  para  garantir  a  formação  de  uma camada  sobre  grande  área  da  partícula  do  componente  básico.  Se  uma  camada  muito  espessa  é formada, o transporte de material não será tão eficiente. A sinterização ativada não é, infelizmente,

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a  solução  para  a  sinterização  de  materiais  difíceis  de  sinterizar.  Isto  porque  a  camada  aditiva permanece segregada nos contornos de grão, enfraquecendo a adesão entre os grãos do componente base. Isto diminui significativamente a resistência mecânica deste material. 

SINTERIZAÇÃO COM USO SIMULTÂNEO DE PRESSÃO: 

O  uso  de  pressão  simultaneamente  ao  aquecimento  faz  com  que  a  sinterização  ocorra  mais completamente  e mais  rapidamente.  Assim,  estruturas  completamente  densas  podem  ser  obtidas. Este recurso, entretanto, possui um custo em termos de equipamento, de dificuldades de processo e de  escala  de  produção.  Os  equipamentos  são  mais  caros  de  que  os  fornos  de  sinterização.  A sinterização sob pressão envolve mais  trabalho de a  sinterização sem pressão e a manutenção do equipamento  é mais  trabalhosa  de  que    a manutenção  de  fornos  de  sinterização  sem  pressão.  A sinterização  sob  pressão  ocorre  em  geral  em  bateladas  com  escala  de  produção  baixa,  em comparação às taxas de produção alcançadas pela sinterização sem pressão. 

O uso de sinterização sob pressão justifica­se em três situações: O material  a  ser  sinterizado possui alto ponto de fusão. Sua  sinterização sem pressão necessitaria altas temperaturas, o que a inviabilizaria. O material a ser sinterizado possui baixa sinterabilidade em todo o intervalo de temperatura em que pode ser sinterizado. É extremamente  importante que a estrutura do material sinterizado seja  livre de poros. Somente a sinterização sob pressão é capaz de garantir isto. 

Devemos  estar  conscientes  de  que  o  custo  de  um  material  sinterizado  sob  pressão  é significativamente elevado em função do uso desta técnica de sinterização. Portanto, seu uso só se torna viável caso a necessidade do produto seja tal  justifique o custo superior. Seu uso se justifica para  superligas  usadas  na  indústria  de  aviação,  peças  para  torneamento  de  alto  desempenho  e, principalmente, materiais cerâmicos, pois estes têm baixa sinterabilidade. 

MECANISMO DE SINTERIZAÇÃO SOB PRESSÃO: 

Diferentemente  da  sinterização  sem  pressão,  a  diminuição  da  energia  superficial  não  é  a  força motora para a sinterização sob pressão. Embora esta força motora sempre exista, ela não se compara ao  efeito  da  pressão  sobre  o  material  em  alta  temperatura.  Nestas  condições,  são  três  as  causas principais para a sinterização: o escoamento plástico, a fluência e o deslizamento de contornos de grãos. 

É  sabido  que  a  tensão  de  escoamento  diminui  com o  aumento  da  temperatura.  Quando  a  tensão efetivamente  atuante  sobre  as  partículas  atinge  a  tensão  de  escoamento,  o  material  começa  a  se deformar plasticamente. As partículas estão inicialmente em contato físico. Os contatos são quase puntiformes, ou seja, a área dos contatos é muito pequena. Isto faz com que a pressão aplicada nos locais de contato seja enorme. Caso o valor da pressão supere a tensão de escoamento, as regiões de contato se deformam, produzindo um achatamento que aumenta a área de contato. Em conseqüência disso, a pressão local diminui. Isto significa que este mecanismo produz densificação da estrutura através  da  acomodação  da  forma das  partículas,  pelo  achatamento  de  contatos.  À medida  que  a estrutura se torna mais densa, a contribuição deste mecanismo diminui. 

A  fluência  pode ocorrer por deslocamento  de discordâncias,  por  escalada  de discordância  ou por difusão  de  vacâncias.  Os  dois  primeiros  mecanismos  são  sensitivos  à  pressão  e  são  os  mais importantes  desta  classe.  São  chamados  de  fluência  por  lei  de  potência,  porque  produzem

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deformações  relacionadas  com  a  tensão  aplicada através  de  uma  lei de potência  cujo  expoente  é uma  característica  do  mecanismo.  A  fluência  por  difusão  é  um  processo  lento.  Gradientes  de concentração  de  vacâncias  são  formados  entre  regiões  sob  compressão  (baixa  concentração)  e regiões sob tração (alta concentração). Os caminhos de difusão podem ser o contorno de grão ou o interior da  rede cristalina. Em geral, quando a densificação está muito lenta,  este  é o mecanismo responsável pela sinterização. 

O  deslizamento  de  contorno  de  grão  é  um  mecanismo  que  pode  levar  à  rápida  densificação. Significa que grãos inteiros se movem relativamente através do deslizamento. Entretanto, para que não  haja  formação  de  cavidades  no  contorno  de  grão,  este  deslizamento  vem  acompanhado  por mecanismos que mudam a forma das partículas, produzindo sua acomodação à nova posição. 

Fluência por lei de potência e por escoamento são mecanismos que independem do tamanho de grão do material, mas a fluência por difusão é dependente. Quanto menor o tamanho de partícula, mais rápida se dará a difusão. 

A sinterização sob pressão pode ocorrer na presença da fase líquida. Isto é empregado para nitreto de silício e para metal duro. Neste caso, a presença da fase líquida facilita o transporte de material sob ação da pressão. Os mecanismos de densificação são: fluxo viscoso do conjunto sólido­líquido, fluxo viscoso apenas do líquido, acomodação de forma devido à solução­precipitação ativada pela pressão. Destes mecanismos, o último ocorre apenas se a fase sólida for solúvel na fase líquida. O segundo deve ser evitado, pois provocará a separação da fase  líquida da fase  sólida. Isto depende não apenas da pressão aplicada, mas da viscosidade do líquido, de sua quantidade e do tamanho dos canais  entre  as  partículas  sólidas.  Via  de  regra,  a  pressão  aplicada  não  pode  exceder  a  pressão capilar,  do  contrário  o  líquido  será  expulso  da  estrutura,  em  caso  de  sinterização  sem encapsulamento. 

TIPOS DE SINTERIZAÇÃO SOB PRESSÃO: 

PRENSAGEM UNIAXIAL A QUENTE: Consiste de uma prensa uniaxial à qual é acoplado um forno.  A  matriz  e  os  punções  de  prensagem  são  feitos  de  grafite.  O  pó  ou  um  compacto  pré­ compactado em baixa pressão é colocado na cavidade. A matriz é  instalada em uma câmara onde estão o punção da matriz, que fará a força de compactação, o elemento de aquecimento e as entrada e  saída  do  gás  de  sinterização. O  aquecimento  pode  ser  feito  por  elementos  de  aquecimento  que ficam  por  fora  da  matriz,  pela  passagem  de  corrente  elétrica  na  matriz  de  grafite,  servindo  ela também como elemento resistivo ou por indução. Para evitar reações indesejadas com a atmosfera ambiente, todo o conjunto sob aquecimento está sob uma atmosfera inerte de argônio, nitrogênio ou vácuo.

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A matriz e os punções são feitos de grafite pela capacidade que possui este material a resistir altas temperaturas  e  pressão.  Temperaturas  até  2100°C  podem  ser  usadas.  Porém  pressões  além  de 50MPa são desaconselhadas. As formas das peças são simples como discos ou plaquetas de seção retangular.  Devido  ao  grafite,  forma­se  uma  atmosfera  carbonetante.  Isto  traz  dificuldades  de  se sinterizar materiais que  tendem a  formar carbetos. Para evitar  reações entre o grafite e o material sendo prensado, uma fina camada de material cerâmico (um pó) separa o grafite do material. 

Inicialmente  uma  pequena  pressão  é  aplicada  para  provocar  a  acomodação  do  pó  no  interior  da matriz. Depois pressão e temperatura aumentam simultaneamente. 

EXTRUSÃO DE  PÓS:  Com  esta  técnica  pode­se  produzir  peças  longas  com  seção  transversal constante nas formas circular, quadrada, retangular, perfis em T ou em I. É possível ainda fabricar tubos e produtos com camadas de mais de um material. Cerâmicas, metais refratários intermetálicos como  aluminetos,  aços  rápidos  e  superligas  de  níquel  de  uso  aeronáuticos  são  exemplos  de materiais processados desta maneira. 

Existem  três  formas  de  se  fazer  extrusão  de  pós.  Na  primeira,  o  pó  é  colocado  diretamente  na cavidade,  onde  é  aquecido  e  extrudado.  Na  segunda,  o  pó  é  primeiro  prensado  fora  da máquina extrusora (pode ser depois sinterizado) e o compacto é colocado na máquina, que executa a extrusão do  compacto.  Na  terceira,  o  pó  ou  o  compacto  é  colocado  em um  recipiente metálico,  o  qual  é selado, em geral em vácuo. Depois o recipiente é extrudado com o pó em seu interior. Obviamente o recipiente deve ser extraído posteriormente.

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Na prática, a extrusão pode ser feita empurrando a peça, fazendo­a a passar através de um orifício com o formato da seção que se deseja dar à peça. Na passagem, a peça sofre um estreitamento. Pode ser  feita mantendo­se  a  peça  fixa  e  empurrando  a matriz  de  extrusão  para  a  peça. Uma  terceira possibilidade é envolver a peça em um líquido e aplicar pressão sobre o líquido. Peça e líquido são forçados a passar pela matriz de extrusão. Estreitamentos de até 40:1 podem ser conseguidos em temperatura de 1000° e pressão de até 2GPa, para aço rápido. Este material, em geral é inicialmente compactado e sinterizado em até 1100°C em atmosfera que o protege de oxidação. Algumas vezes o corpo  sinterizado  é  envolto  em  pó  de  vidro  e  depois  extrudado.  A  camada  de  vidro  serve  de lubrificante. Velocidades de extrusão entre 10 e 15cm/s são usadas. 

Tubos podem ser produzidos por extrusão. Neste caso, o pó é colocado em um recipiente que possui um furo central. Por este furo passará um mandril. O recipiente e o mandril são postos na extrusora e  o  recipiente  é  forçado  a  passar  pela  matriz.  Como  o  mandril  vai  até  o  interior  da  matriz  de extrusão, a peça sairá na forma de tubo. 

FORJAMENTO DE PÓS: Esta técnica é capaz de produzir peças de formato bastante complicado completamente  densas  em  pouco  tempo,  com  o  mínimo  ou  nenhum  desperdício  de  material.  A forma da peça pode ser a forma final requerida.

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O  forjamento de pós  tem  início com a prensagem a frio do pó para se obter uma pré­forma. Em seguida  esta  pré­forma, que pode  ser um  cilindro, um bloco  (uma  forma  simples)  ou uma  forma mais complicada, é levada ao forno para aquecimento e pré­sinterização. Cuidado com a atmosfera precisa ser  tomado para evitar oxidação e até mesmo para haver redução dos óxidos já existentes. Logo em seguida,  sem que haja  significante queda de  temperatura do corpo, ele  é  introduzido na matriz de forjamento, que deve ter a forma do corpo que se deseja obter. Os punções de forjamento rapidamente atuam, deformando o corpo e fazendo­o assumir a forma desejada. 

O forjamento pode ocorrer de duas maneiras. Na primeira, o corpo fica inteiramente confinado na matriz, preenchendo todo seu volume. Neste caso, não ocorre desperdício de material e um corpo na forma  final  é  obtido.  Contudo,  isto  exige  que  a  pré­forma  tenha  volume muito  reprodutível.  No segundo caso, a matriz permite que uma parte do material flua para saídas laterais da matriz como

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excesso. Este método admite desperdício de material e  tolera variação de volume das pré­formas, porém não consegue produzir peças com formas finais da mesma tolerância dimensional quanto a primeira técnica. 

Há ainda uma técnica de forjamento denominada de forjamento superplástico. Neste caso, a carga de forjamento é inferior ao forjamento convencional e a taxa de deformação é lenta, enquanto que no forjamento convencional é rápido. Entretanto, para que este tipo de forjamento seja usado, exige­ se  que  o  tamanho  de  partícula  inicial  seja  muito  pequeno  e  que  a  temperatura  seja  estável,  ao contrário do forjamento convencional, que ocorre com a temperatura caindo. 

PRENSAGEM  ISOSTÁTICA A QUENTE: Esta  é  a  técnica  de  sinterização  com pressão mais utilizada entre todas e também a que possui a maior taxa de produção, pois um número considerável de peças  podem  ser  sinterizadas  ao mesmo  tempo. As  etapas  deste  processo  são:  enchimento do molde, evacuação do molde, prensagem a quente e remoção do molde. 

Enchimento do molde: a prensagem isostática a quente consiste de colocar o pó dentro de um molde fechado, este molde em uma câmara e aplicar pressão em um gás dentro da câmara. A pressão é aplicada  sobre  o  molde  e  este  a  transfere  ao  pó  em  todas  as  direções.  O  molde  deve  ser obrigatoriamente de material deformável nas condições de sinterização. O molde pode ser feito de

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aço de baixo carbono, aço inox, porém titânio, níquel, cobre e nióbio também podem ser usados. O olde é construído com uma abertura de enchimento. 

Evacuação  do molde:  durante  a  sinterização,  o molde  deve  estar  vedado.  Nenhum  vazamento  é admitido. Adicionalmente, nenhum gás é permitido dentro do molde para que não haja formação de vazios  na  peça.  Isto  é  conseguido  fechando  o  molde  por  solda  sob  vácuo.  Para  isto,  durante  o enchimento,  o molde é vibrado para que o pó ocupe o maior espaço possível, diminuindo o espaço vazio. Depois de enchido, o bico de enchimento é conectado a uma bomba de vácuo. O vácuo serve para retirar o ar que ocupa o espaço vazio e promove a desorção do gás adsorvido na superfície das partículas. Após algum tempo sob vácuo, o bico é vedado com uma chama. Para facilitar a desorção dos gases, às vezes o molde é aquecido. 

Prensagem a quente: Após selado, o molde é colocado no equipamento de prensagem a quente. Este é fechado e o ciclo de temperatura e pressão é iniciado. A pressão isostática é aplicada através de um gás que é  injetado sob pressão dentro do vaso. O gás é geralmente argônio, porém nitrogênio também é usado. 

Pressão e temperatura de sinterização depende do material  sendo sinterizado. Em geral, a pressão utilizada é por volta de 100MPa. Temperaturas podem ir além de 1600ºC com o uso de elementos

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de aquecimento de molibdênio. Para ligas de alumínio, a temperatura varia entre 480º a 530ºC. para pós de nióbio e molibdênio, a temperatura varia entre 1200º a 1650ºC. 

Remoção do molde: Depois que o forno é resfriado, a peça pode ser retirada da câmara de pressão e desmoldada.  Este  desmolde  pode  ser  feito  por  usinagem  ou  por  ataque  químico.  Devido  à dificuldade  de  se  produzir  o  molde  com  formas  complexas  e  de  se  prever  como  a  peça  contrai durante  o  processo,  as  peças  são  produzidas  em  formas  grosseiras.  Depois,  elas  devem  ser conformadas por alguma outra técnica. 

O EQUIPAMENTO DE PIQ: Trata­se de um vaso de pressão com elementos de aquecimento em seu  interior ou  fora dele,  interligado a unidades de potência elétrica, de controle e medição, e de pressão de gás. O gás de prensagem é fornecido por companhias especializadas em estado líquido e armazenados em unidades criogênicas. Este  gás  é bombeado até unidades evaporadoras e de  lá  é guardado  em  tanques  à  espera  de  uso.  Quando  o  vaso  é  fechado,  o  gás  guardado  nos  tanques  é bombeado para ele por compressores. O aquecimento ajuda na pressurização.

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O  vaso  de  pressão  é  construído  robustamente.  A  principal  preocupação  é  a  fadiga.  Enormes margens  de  segurança  são  aplicadas  para  que  a  resistência  à  fadiga  exceda  a  vida  útil  do equipamento. O interior do vaso de pressão é ocupado pelo espaço utilizado para a colocação das peças, pelos elementos de aquecimento e pelas barreiras térmicas. Estas barreiras têm a função de impedir que o calor seja transmitido por radiação para a parede do vaso de pressão. As paredes do vaso  são  resfriadas por  camisas  de  água. Os  elementos  de  aquecimento  podem ser de  grafite,  de molibdênio ou de tungstênio.

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SINTERIZAÇÃO + PIQ: Existem algumas desvantagens com respeito à PIQ. Em primeiro lugar, existe  a  necessidade  de  um  molde.  Depois  da  PIQ,  este  molde  deve  ser  removido.  Qualquer vazamento deve ser evitado. Por causa deste molde, formas complexas para as peças não podem ser produzidas. Uma solução foi criada para compensar parcialmente tais dificuldades. 

O molde  é  usado  porque  o  compacto  é  poroso  e  o  gás  de  prensagem  iria  infiltrar  a  porosidade evitando  a  prensagem  do  corpo.  Caso  o  corpo  tenha  a  porosidade  isolada,  o  molde  pode  ser dispensado. Isto é feito sinterizando o compacto até que restem apenas poros fechados. Na prática, a sinterização deve deixar o corpo com até 92% da densidade relativa. Este tipo de compacto pode ser levado diretamente para a câmara de pressão e ser Piqueada. Isto traz a vantagem de se eliminar as etapas de confecção do molde, seu enchimento, evacuação e eliminação. Também tem a vantagem de se produzir peças com formatos complexos, pois o formato é dado pela sinterização sem pressão. Podemos  inclusive  sinterizar  peças  que  foram moldadas  por  injeção.  Durante  a  PIQ,  a  forma  é mantida. Apenas a porosidade é eliminada.