M1 Sinterización Cerámica y Vitrificación

Tópico

La sinterización cerámica es el proceso por el cual este cerámico se densifica, y ese proceso de densificación ocurre por una de dos vías: por difusión en fase sólida, o por flujo viscoso en fase líquida. Que en este cerámico esté presente, o no, un fundente hace que la densificación ocurra por una vía o por la otra. Desarrollamos primero qué ocurre cuando ese fundente está presente.

Que un fundente esté presente en este cerámico hace que se active la sinterización en fase líquida: el fundente reduce localmente la temperatura a la que aparece una fase líquida entre las partículas del cerámico, y esa fase líquida es la que permite que el material densifique por flujo viscoso, según describe la ecuación de Frenkel. Esta ecuación establece que la velocidad de ese flujo viscoso depende directamente de la tensión superficial que atrae a las partículas entre sí, y de manera inversa de la viscosidad del líquido que se opone a ese flujo: cuanto mayor es la tensión superficial y menor la viscosidad, más rápido avanza la densificación en fase líquida.

Que ese mismo fundente esté ausente, en cambio, hace que la densificación ocurra por la otra vía: la sinterización en fase sólida, impulsada por difusión. En ausencia de fase líquida, son los átomos del propio cerámico sólido los que se desplazan, por difusión a lo largo de la superficie de las partículas y de los bordes de grano, hacia los puntos de contacto entre partículas vecinas. Este modelo reutiliza, para describir este mecanismo, el mismo mecanismo de crecimiento de cuello en fase sólida que ya emplea, con el mismo propósito, el modelo equivalente para metales.

En cualquiera de las dos vías, ese desplazamiento de material hacia los puntos de contacto entre partículas —por flujo viscoso en fase líquida, o por difusión en fase sólida— es lo que hace crecer el cuello que une a cada par de partículas vecinas. Que ese cuello crezca hace que los centros de las partículas vecinas se acerquen entre sí, y que ese acercamiento se traduzca, a escala de toda la pieza, en una retracción lineal: cuanto más crece el cuello entre las partículas, mayor es la retracción lineal que sufre la pieza en su conjunto.

Ese mismo proceso de sinterización, además de producir esta retracción lineal, es también el que controla el tamaño de grano final del cerámico: a medida que la sinterización avanza, no solo crecen los cuellos entre partículas, sino que los propios granos del cerámico crecen entre sí, según el mismo mecanismo de crecimiento de grano durante la sinterización que ya emplea, con el mismo propósito, el modelo equivalente para metales. Que el proceso de sinterización se prolongue durante más tiempo, o a mayor temperatura, hace que el tamaño de grano final sea mayor; que se interrumpa antes, o a menor temperatura, hace que ese tamaño de grano final sea menor. Este tamaño de grano final es, precisamente, uno de los dos parámetros de estado microestructural que describe en detalle otro modelo de este conjunto.

Por eso este modelo, con la sinterización cerámica con la que se abrió —ya sea en fase líquida por presencia de fundente, ya sea en fase sólida por su ausencia— hace que sus dos consecuencias queden determinadas y, además, conectadas con el resto de este conjunto: la retracción lineal que produce el crecimiento del cuello, que otro modelo de este conjunto sigue experimentalmente mediante dilatometría, y el tamaño de grano final que controla el proceso de sinterización, que alimenta al modelo que describe la microestructura del cerámico.

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