Sinterizacion

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SINTERIZACIÓN I.

INTRODUCCIÓN La sinterización es un tratamiento sólido de un polvo previamente compactado a una temperatura inferior a la fusión del constituyente principal en la cual sus partículas se unen por fenómenos de soldadura en estado sólido. En la fabricación f abricación de cerámicas, este tratamiento térmico transforma de un  producto en polvo en otro otro compacto y coherente. La sinterización sinterización se utiliza de modo generalizado generalizado para  producir formas cerámicas de alúmina, alúmina, berilia, ferrita y titanatos. titanatos. En el proceso, la difusión atómica en estado sólido tiene lugar entre las superficies de contacto de las partículas a fin de que resulten químicamente unidas. La sinterización es el proceso que consigue obtener productos metálicos o cerámicos con formas y  propiedades prefijadas a partir partir del polvo o triturado. triturado. De forma genérica, la sinterización se aplica aplica a la fabricación de piezas metálicas y cerámicas, cer ámicas, siendo fabricados por esta técnica el 1% de los productos cerámicos de aplicación industrial. Los antecedentes históricos de la aplicación de la sinterización se encuentran en Egipto, 3000 años AC, con piezas de hierro y en las civilizaciones precolombinas para la obtención de adornos de oro a partir de granos de oro y plata como lingote. Incluso la célebre columna de Delhi de 6,5 toneladas fue fabricada, 300 años DC, a partir de polvos de hierro reducidos. Sin embargo el moderno desarrollo de estas técnicas ha sido forzado por la necesidad de fabricar ciertas  piezas que no eran posibles por procesos alternativos. alternativos. Es el caso de la obtención de filamentos filamentos para lámparas incandescentes realizados por Coollige en los inicios del siglo XX a partir de polvos de wolframio, y también la fabricación de plaquitas de cortes para herramientas tipo lidia a partos de carburos metálicos sinterizados iniciada por Schroter en 1923.Otro campo de aplicación ha sido la obtención de piezas con características especiales que no pueden conseguir de otro modo, como es el caso de cojinetes porosos que se infiltran con lubricante, trabajando en su servicio como elementos auto lubricante. Compitiendo con otros procesos la sinterización permite obtener piezas con precios más ventajosos por su repercusión en ahorro de materias primas, de precisión dimensional, de disminución de mecanizados, entre otros.

II.

CONCEPTOS GENERALES Sinterización en términos generales, consiste en un tratamiento térmico de un conglomerado de polvo, compactado metálico o cerámico sin llegar al punto de fusión, que moldeados por presión produce materiales de alta resistencia y dureza. Es necesario destacar nuevamente el hecho de que a diferencia de una fusión esta no llega al a l punto de fusión. Donde la obtención de los materiales dependerá del material a fabricar, sin embargo, en términos generales se pueden clasificar los siguientes procesos: Obtención de Polvo, Preparación de Polvo, compactación, sinterización y acabado de la Pieza. El proceso parte con la obtención de polvos metálicos, donde la técnica más común es la pulverización de metales líquidos mediante chorro de aire comprimido o un chorro de vapor de agua. Continuando con un prensado, realizado por herramientas de presión de acción hidráulica, que trabajan con presiones de hasta 600 Mpa. Para pasar luego a un sinterizado, llevado generalmente por un horno de inducción, donde la temperatura de trabajo se ubica entre un 60-80% de la temperatura de fusión para una sustancia, mientras que para varias sustancias la temperatura podría superar a la sustancia con menor punto de fusión. Luego de aplicar esta energía reflejada en temperatura, el material es vuelto a prensar y sometido a un sinterizado posterior (doble prensado). Para luego terminar en ocasiones en un calibrado, que consiste en conformar las piezas mediante una herramienta que no implica un arranque de viruta, obteniendo así tolerancias de 0,01 hasta 0,03 mm. Cabe destacar que este último procedimiento es sólo realizable para materiales de hierro y materiales no férreos sinterizados. 1

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En resumen destacan algunas ventajas y desventajas que presenta el sinterizado, dentro de las primeras se encuentran: Ventajas: - Los granos se pueden unir entre sí mucho más fácil que por fusión. metal. -  No hay desperdicio de metal. - Presión dimensional y buen acabado. - Tiempo de fabricación corto y costos reducidos. - Posibilidad de piezas: mediante porosidad controlada, mezcla de metales y no metales (cerámicos). Desventajas: Elevado costo en las matrices de compactación. - Características mecánicas inferiores debido a la porosidad del metal. - Limitaciones del diseño en cuanto a la uniformidad de la pieza.

III.

PARÁMETROS IMPORTANTES QUE INFLUYEN EN LA SINTERIZACIÓN 1. Distribución y forma del tamaño del grano Las características de los granos, es decir, la forma de las partículas, la distribución del tamaño del grano medio así como el factor de aglomeración del polvo inicial influyen fuertemente en el comportamiento de sinterización. La fuerza motriz y la cinética están influenciadas por el tamaño de partícula. La fuerza motriz total para el sinterizado es proporcional a la energía superficial total por volumen (  /) incorporada en el material. forma de los granos se   / disminuye con el aumento del tamaño del grano y cuando la forma aproxima a la morfología de equilibrio e quilibrio (forma de Wulff). La cinética de densificación está influenciada principalmente por las variaciones en las distancias entre las fuentes y los sumideros de material. Por ejemplo, los granos de forma f orma irregular o un gran factor de aglomeración disminuyen la densidad inicial del cuerpo verde, aumentando la distancia entre las fuentes y los sumideros. En consecuencia, la velocidad de densificación disminuye. Además, el mecanismo de difusión dominante puede cambiar con partículas 2

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Tamaño y / o forma: cuanto mayor es el área de interfaz específica, más se favorecen los mecanismos de difusión interfacial (difusión superficial, difusión del límite de grano a través de los límites de grano y transporte de vapor) en comparación con la difusión de volumen. La cinética del crecimiento del grano está influenciada principalmente por la distribución del tamaño del grano. Si la distribución es grande, la diferencia de presión entre los granos más  pequeños y más grandes es muy muy alta y consecuentemente el crecimiento crecimiento de granos más grandes a expensas de los más pequeños es mucho más rápido que para una distribución estrecha de tamaño.

2. Temperatura La temperatura generalmente aumenta la velocidad de todos los mecanismos de sinterización. Además, como la energía de activación (Q) no es la misma para cada mecanismo de difusión, las tasas de los diferentes mecanismos pueden variar en relación con las tasas de los otros mecanismos. Como en general,  <   <   una temperatura más alta acelera la difusión de volumen en comparación con la difusión interfacial. Así, el mecanismo de densificación dominante puede cambiar con la temperatura. Además, dado que el crecimiento del grano se controla a menudo por difusión superficial mientras que la densificación se controla bien por difusión de volumen o por difusión de los límites de grano, una temperatura más alta a menudo conduce a una mayor densificación comparada con el crecimiento del grano. 3. Dopantes e impurezas A menudo hay impurezas y dopantes presentes en el material. Los aditivos se añaden por diversas razones, tales como el cambio de las propiedades electrónicas (por ejemplo, α-Al₂O₃ dopado con Ti), para facilitar la s interización (por ejemplo, α-Al₂O₃ dopado con Mg) o para mejorar las propiedades mecánicas del p roducto final (por ejemplo α-Al₂O₃ Dopado con Y). Estos contaminantes e impurezas pueden afectar la sinterización de diferentes maneras: Formación de precipitados: Si la concentración de impurezas o contaminantes excede el límite de solubilidad, precipitará una segunda fase. Como en el caso de los poros, los  precipitados tienen una una energía menor en los límites de grano grano que dentro de los granos. granos. Por consiguiente, los precipitados de la segunda fase pueden disminuir la movilidad de los límites de grano y ralentizar el crecimiento del grano. Aumento de la concentración de vacíos o de átomos intersticiales:  Si las impurezas / contaminantes tienen una carga diferente a la de los iones de la red cristalina, a menudo hay defectos puntuales cargados tales como vacíos o átomos intersticiales que se crean para compensar la falta o exceso de carga. Por ejem plo, en α-Al₂O₃ dopado con Mg, los iones de magnesio tienen una carga de +2 mientras que el ión de aluminio reemplazado en el cristal tiene una carga de +3. Los cargos así creados se compensan con vacantes de oxígeno: 







Por lo tanto, los contaminantes y las impurezas pueden influir en la velocidad de difusión cambiando las concentraciones de defectos puntuales. Inmovilización de defectos:  la incorporación de un ion extraño en un cristal conduce a la creación de un campo de tensión alrededor del defecto. Traer otro defecto con un campo de restricción inversa más cercano puede por lo tanto reducir su energía. Por ejemplo, la incorporación de iones Y³ ⁺, que tienen un radio iónico mucho mayor (0,9 Å) que los iones Al³⁺ (0,54 Å), en α-Al₂O₃ crea un campo de compresión alrededor de la Y. Una vacante por otra parte está rodeada por Un campo de tensión. Por lo tanto, el exceso de energía total debido a la presencia de los dos defectos disminuye cuando se acercan unos a otros. La combinación resultante de un ión Y y una vacante reduce la movilidad de los dos defectos y por lo tanto los iones dopantes pueden disminuir el coeficiente de difusión. Segregación a las interfaces: muchos contaminantes se pueden incorporar más fácilmente en las interfaces del material donde la estructura cristalina ya está perturbada. Por lo tanto 3

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los dopantes a menudo segregan a las interfaces. De forma similar a los poros y  precipitados, la presencia de iones iones dopantes segregados segregados en las interfases disminuirá disminuirá la movilidad de los límites de grano, ya que los dopantes deben migrar con los límites de grano para mantener su baja energía. Además, los efectos de cambios eventuales de las concentraciones de defectos puntuales o de inmovilización de los defectos serán más  pronunciados en la interfase interfase debido a la mayor concentración concentración de dopantes. En resumen, el efecto exacto de un contaminante o impureza es complejo, difícil de predecir y depende del tipo de ión y la concentración.

IV.

ETAPAS DE LA SINTERIZACIÓN

Fig.1 Evolución de las partículas a través de las tres etapas del proceso de sinterización: a) formación de cuellos, b) crecimiento de grano, y c) redondeo de poros. (a)

(b)

(c)

La sinterizacion tiene tres etapas:

1. Crecimiento inicial del cuello La sinterización hace inicialmente que las partículas que están en contacto formen f ronteras de grano en el punto de contacto a través de la difusión. Esta es la etapa de contacto puntual y no da lugar a ningún cambio dimensional. Cuanto mayor sea la densidad inicial de compactación (mayor contacto de las partículas y área potencial de los límites de grano), mayor será el grado de coherencia en el material. En esta etapa inicial de sinterización, comienzan a formarse cuellos en los puntos de contacto entre las partículas adyacentes, mostrada en la figura. Esta etapa denominada etapa de "crecimiento del cuello". No se observa cambio en las dimensiones ni disminución de la  porosidad. La formación de cuello es impulsada por el gradiente de energía resultante de las diferentes curvaturas de las partículas y el cuello, la difusión superficial es generalmente el mecanismo dominante de transporte de masa durante las primeras etapas de crecimiento del cuello, ya que el compacto se calienta a la temperatura de sinterización.

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Fig.2 Formación de cuello

2. Sinterización de fase intermedia La sinterización de etapa intermedia comienza cuando los cuellos adyacentes empiezan a chocar entre sí. Esto ocurre cuando la cantidad D / 2R = 3,0, véase la fig.2. f ig.2. La densificación y el crecimiento del grano ocurren durante esta etapa. La densidad de empaquetamiento y el número de coordinación de la empaquetadura verde son importantes durante esta etapa. Una alta densidad de embalaje verde produce sinterización rápida con relativamente pocos poros en el objeto final. La etapa intermedia es un cierre de canal de poro donde los canales de poro interconectados están cerrados aislando la porosidad. Una de las causas del cierre del canal poroso es el crecimiento del cuello. Otra causa es la creación de nuevos puntos de contacto por encogimiento de poros dentro del propio poro. Las densidades de empaquetamiento verde muy bajas (alrededor del 40%), que también están asociadas con un bajo número de coordinación, pueden conducir a un engrosamiento (aumento del tamaño medio del grano) sin densificación (disminución (disminución de la porosidad). En casos extremos, esto puede conducir a estructuras de poros abiertos que carecen de integridad estructural, ver figura

Fig.3 Curso resultante de un bajo número de coordinación

Al comienzo de la etapa e tapa intermedia, los poros forman una red de poros cilíndricos interconectados, divididos divididos por cuellos. Al final, los poros son más suaves y empiezan a  pellizcarse y quedan aislados aislados entre sí. Los mecanismos de transporte a granel, como la difusión de los límites de grano y la difusión de volumen, dominan el proceso de sinterización durante esta etapa. Como se ha indicado anteriormente, estos mecanismos de transporte a granel hacen que el material migre desde el interior de las partículas hasta la superficie, dando como resultado un aplanamiento y densificación del contacto.

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3. Sinterización de la etapa final La sinterización de la fase final comienza cuando la mayoría de los poros están cerrados. A medida que continúa el sinterizado, los poros, que durante la sinterización de etapa intermedia forman una red, se han aislado entre sí. La sinterización de la etapa final es mucho más lenta que las fases inicial e intermedia. A medida que el tamaño del grano aumenta, los poros tienden a separarse de los lımites de grano y se vuelven esféricos. El encogimiento del poro es la etapa más importante en la sinterización. Para que esta etapa ocurra; Los sólidos deben ser transportados dentro de los poros y debe existir un medio por el cual el gas en los poros pueda escapar a la superficie. El efecto resultante es disminuir la Volumen de la masa sinterizada. Los poros más pequeños se eliminan, mientras que los poros más grandes pueden crecer, un fenómeno llamado maduración Ostwald. En algunos casos, el crecimiento de los poros durante la sinterización de la etapa final puede conducir a una disminución de la densidad, ya que la  presión del gas en los poros poros más grandes tiende a inhibir inhibir la densificación adicional. Curvas de Densificación La fig.4 ilustra la densificación en tres etapas de sinterización. sinterización. La curva densidad-tiempo de la figura se compone de tres porciones distintas. La primera porción refleja la etapa inicial en la que la densificación se debe únicamente al crecimiento del cuello. La densificación en el ciervo intermedio se debe al crecimiento concurrente del grano y al número reducido de poros interconectados. Cuando los poros están completamente en la forma cerrada, la velocidad de densificación se reduce como se muestra en la etapa final.

Fig.4 Curva de densificación típica

V.

MÉTODOS DE SINTERIZACION 1. Sinterización convencional Los métodos tradicionales de sinterización se realizan en hornos industriales especiales, entre los cuales destacan los de calentamiento por inducción. Los cuerpos en verde son colocados dentro de un horno con una atmósfera particular (vacío, ( vacío, aire, N2), y sinterizados a una temperatura y un tiempo determinados. Las rampas de calentamiento son establecidas para controlar el proceso de calentamiento. Las temperaturas se encuentran usualmente entre los 1000  –  1700  1700 °C y los tiempos  pueden variar entre unos cuantos cuantos minutos a varias horas. horas. Actualmente, la mayoría de los materiales materiales comerciales con aplicaciones odontológicas son procesados por sinterización convencional. Una de las mayores desventajas de este método, es e s que estos sistemas requieren un consumo elevado de energía para alcanzar las temperaturas y tiempos necesarios para lograr una buena densificación del 6

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2.

material. Durante la sinterización convencional, el calor se transfiere por medio de los mecanismos de conducción, convección y radiación. Debido a esto, es la superficie del material la que primero alcanza la temperatura y, posteriormente, el calor se desplaza hacia el interior, generándose un gradiente de temperatura entre la superficie y el interior del material. Para poder lograr una homogenización completa de temperatura en el material es necesario que los tiempos de calentamiento sean considerablemente largos (> 2 h). Sinterización por microondas Las frecuencias de ondas electromagnéticas comprendidas entre los 300 MHz M Hz (longitud de onda de 1 m) y 300 GHz (longitud de onda 1 mm) del espectro electromagnético se conocen como microondas (Fig 5). Paulatinamente, su utilización utilización se fue expandiendo y actualmente se utilizan dentro de muchos campos de alta tecnología, entre los cuales destaca la generación de calor.

Fig.5 longitudes de onda

Inicialmente, la aplicación de calentamiento por microondas estaba reservada para el procesamiento de productos alimenticios y solo en algunos casos se utilizaba para procesos industriales. A través del tiempo, se ha buscado expandir el rango de aplicaciones de las microondas como fuente de calor y se ha generado un interés importante debido a la reducción del consumo energético en los  procesos industriales industriales que a su vez se traduce en tiempos más cortos cortos de procesado y reduce los costes significativamente. La posibilidad de utilizar la energía de microondas para generar calor fue descubierta accidentalmente en 1950 mientras se realizaban pruebas con un magnetrón. En un comienzo, la energía de microondas era vista como un medio rápido para convertir energía eléctrica en calor, pero hoy en día se ha podido demostrar que existen otras ventajas que se pueden obtener y que diferentes procesos industriales pueden aprovechar, entre ellos la sinterización. La sinterización  por microondas se ha convertido convertido en una de las más importantes importantes en tiempos recientes debido debido al  potencial que representa para para llevar a cabo la sinterización de de polvos cerámicos [30]. Esta técnica técnica se  presenta como un método de procesado procesado rápido, económico y flexible. flexible. Entre las ventajas más importantes que presenta frente al sinterizado convencional se encuentra un menor consumo de energía y coste de procesamiento, reducción en el tiempo de sinterizado, altas velocidades de calentamiento, fiabilidad y seguridad. Además, se han realizado trabajos de investigación donde se ha podido constatar que se mejoran las propiedades físicas de los materiales obtenidos mediante esta técnica. El calentamiento que ocurre en el sinterizado por microondas difiere fundamentalmente del convencional en los mecanismos de transferencia de energía que ocurren. Mientras en el sinterizado convencional el calor es transferido por conducción, convección y radiación, el sinterizado por microondas está basado en la absorción de energía electromagnética por parte del material y la transformación de esta energía en calor desde su interior. En el sinterizado convencional es 7

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necesaria la presencia de otros elementos para proporcionar el calor por medio de los tres mecanismos previamente mencionados. En el sinterizado por microondas solo existe interacción entre la onda electromagnética y el material a sinterizar para llevar a cabo el calentamiento, lo que elimina la pérdida de energía que se produce por el calentamiento de otras partes en el horno convencional. Los perfiles de de temperatura de materiales materiales sinterizados en hornos convencionales convencionales y de microondas son totalmente diferentes. En el sinterizado convencional, la superficie del material es la primera región en alcanzar la temperatura de sinterizado y el calor es transferido desde la superficie hacia el interior (Figura 6.a). En cambio, en el calentamiento por microondas, el gradiente de temperatura que se forma consiste en una temperatura más elevada en el interior del material que en la superficie (Figura 6.b).

Fig.6 perfiles de temperatura de m ateriales sinterizados en hornos

El uso de la técnica de sinterización mediante microondas reduce los tiempos de sinterización considerablemente, en la mayoría de los casos, en un factor igual o mayor a 10 [36]. Además de las ventajas en los tiempos de procesado y consumo energético, la sinterización por microondas permite conseguir tamaños de grano muy finos. El ciclo de sinterización en un horno convencional se realiza a bajas velocidades de calentamiento con tiempos de permanencia de varias horas, lo que produce un engrosamiento e ngrosamiento de grano en la estructura final del material. En cambio, la sinterización por microondas favorece el avance de la difusión de los iones y, en consecuencia, acelera el proceso de sinterización, dando lugar a una alta densificación seguido de un menor crecimiento de grano. Gracias a este fenómeno se pueden obtener cerámicas sinterizadas a temperaturas por encima de los 1300 °C en las que se retiene la nanoestructura inicial, dando lugar a materiales cerámicos nanoestructurados. La tasa de densificación depende fuertemente de la difusión de iones entre las partículas de la muestra, y la tasa de crecimiento de grano está determinada sobre todo por la difusión de borde de grano. Este control en la microestructura del material da lugar a mejores propiedades mecánicas en comparación con la sinterización convencional.

VI.

MECANISMOS DE SINTERIZADO 1. Sinterización por fase de vapor En este tipo de sinterización la fuerza motriz es la diferencia de presiones de vapor en función de la curvatura superficial. El material es transportado desde la superficie de las partículas, las cuales cuentan con un radio  positivo de curvatura curvatura y una presión de vapor relativamente relativamente alta, a la región de contacto entre entre  partículas, las cuales tienen un radio negativo de curvatura curvatura y una presión de vapor más más baja. Entre más pequeñas sean las partículas, su radio ra dio de curvatura y su fuerza motriz para el transporte por fase de vapor son mayores. 8

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El transporte por fase de vapor cambia la forma de los poros y alcanza los enlaces entre partículas adyacentes y así incrementa la resistencia del material y disminuye la permeabilidad debido a la  porosidad abierta. Sin embargo, embargo, no se presenta encogimiento encogimiento y no se produce densificación. densificación. Por lo que debe de acompañarse de otro mecanismo que provea de transporte de material o transporte de los poros hacia la superficie.

Fig 8. Esquema de transporte de material en fase de vapor

2. Sinterización en estado sólido Este tipo de sinterización involucra transporte de material por difusión. La difusión puede consistir en el movimiento de átomos o vacancias a lo largo de límites de grano o a través del volumen de material. Tanto en la difusión superficial como en el transporte de fases por vapor, no se tiene encogimiento. Sin embargo, en la difusión volumétrica a través de límites de grano o a través de dislocaciones resulta en encogimiento. Fuerza impulsora: reducción del exceso de energía asociada con la superficie. 1. Densificación:  eliminación de interfases sólido/vapor y formación de límites de grano seguido  por crecimiento de grano. 2. Crecimiento de grano:  reducción de la superficie total por un incremento del tamaño promedio de partículas para formar nuevos granos. Estos dos mecanismos compiten unos con otros: •Si el proceso atómico que conduce a la densificación es dominante, los poros son pequeños y desaparecen con el tiempo •Si el proceso que conduce al crecimiento de grano es rápido, tanto poros como granos llegan a ser más grandes con el tiempo.

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Fig.9 densificación, crecimiento de grano, engrosamiento.

La fuerza motriz para la sinterización en estado sólido es la diferencia entre energía libre o potencial químico entre la superficie de las partículas y los puntos de contacto entre partículas adyacentes. La forma general del modelo de mecanismo de transporte del material por difusión de red de la línea de contacto entre dos partículas en la región del cuello es:

El exponente n es generalmente cercano a 3 y el exponente m generalmente se encuentra en el rango de 0.3 a 0.5. Este modelo caracteriza usualmente la primera etapa, pero en las etapas subsecuentes se requieren de modelos más complejos. En base a la ecuación anterior el control de la temperatura y el tamaño de partícula son muy importantes pero no el control del tiempo. Piezas con tamaños de partícula muy pequeños pueden sinterizarse más rápidamente que piezas con tamaños de partículas muy gruesos. La forma de la partícula también es importante. Muy altas concentraciones de partículas alargadas  pueden provocar la formación formación de puentes durante la sinterización sinterización produciendo poros poros alargados e irregulares que son muy difíciles de remover re mover durante el sinterizado. El control del crecimiento de grano es otro factor importante. Algunas veces cuando el crecimiento de grano es muy rápido los poros son atrapados en los granos en lugar de moverse a través de los límites de grano hasta que el poro es eliminado, y la porosidad atrapada en un grano no es fácil de remover durante el sinterizado.

3. Sinterización por fase líquida La sinterización en presencia de fase líquida (Liquid-phase sintering, LPS) es una técnica importante para la obtención de componentes cerámicos densos a partir de piezas en verde de  polvos compactados. En muchos muchos sistemas cerámicos la la formación de una fase líquida se usa, usa, 10

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comúnmente, para ayudar a la sinterización y a la evolución microestructural. La cantidad de fase liquida oscila entre el 1 y el 20 % y se forma al calentar la mezcla de polvos cerámicos. Varios sistemas cerámicos técnicamente importantes utilizan para su fabricación la sinterización en  presencia de fase liquida, entre ellos ellos se pueden citar: sustratos sustratos de alúmina, juntas mecánicas, varistores de óxido de cinc, enchufes y clavija de la luz de carburo de silicio, piezas estructurales de nitruro de silicio, condensadores de titanato de bario, componentes piezoeléctricos de plomolantano-circonato-titanato lantano-circonato-titanato (PLZT) y materiales compuestos. El propósito de la sinterización en  presencia de fase líquida es: a) Aumentar la velocidad de densificación.  b) Acelerar el crecimiento de grano. c) Producir propiedades específicas de los límites de grano. Hay tres requisitos generales para la sinterización en presencia de fase liquida: [1] Debe de estar presente una fase liquida a la temperatura de sinterización. [2] La fase liquida debe mojar adecuadamente al sólido, es decir el ángulo de contacto ha de ser  pequeño. [3] La solubilidad del sólido en la fase liquida debe ser apreciable. La tensión superficial de la fase líquida que se forma es un factor importante para determinar la velocidad de sinterización. La distribución de la fase líquida y las fases sólidas resultantes de la solidificación producida después del enfriamiento es crítica para lograr las propiedades requeridas del material sinterizado. Usualmente, la cantidad de fase líquida formada durante la sinterización es  pequeña, típicamente, menor de unos pocos pocos tantos por ciento en en volumen. La sinterización en presencia de fase líquida es particularmente efectiva para cerámicas tales como Si3N4 y SiC, las cuales poseen un alto grado de enlace covalente y, por tanto, resulta complicado densificarlas por sinterización en estado sólido. El proceso también es importante cuando el uso de la sinterización en estado sólido es demasiado caro o se requieren altas temperaturas de fabricación. Las dos principales ventajas de la sinterización en presencia de fase liquida son: [1] Mejora de la cinética de la sinterización. [2] Propiedades a medida. Una desventaja de este tipo de sinterización es que la fase líquida usada para promover la densificación, comúnmente, permanece como fase vítrea intergranular que puede degradar las  propiedades mecánicas a altas temperaturas temperaturas tales como la resistencia a la fluencia y a la fatiga. Otra desventaja es que las cerámicas densificadas por sinterización en presencia de fase liquida son susceptibles de que su forma se distorsione y puede ser complicado controlar los parámetros de sinterización debido a las complicaciones adicionales que supone la presencia de la fase liquida (por ejemplo, la disolución y cristalización dependientes de la temperatura).

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4. Sinterización por fase líquida reactiva Este tipo de sinterización también se le conoce como sinterización líquida transitoria. Aquí un líquido está presente durante el sinterizado para proveer los mismos tipos de fuerza motriz para la la densificaciónmismos densificaciónmismos tipos de fuerza motriz para la densificación que en la sinterización por fase líquida, pero el líquido cambia su composición o desaparece durante el proceso de sinterizado. Debido a que la fase f ase líquida es consumida en la reacción, el e l material resultante puede tener  propiedades muy buenas a elevadas elevadas temperaturas y en algunos algunos casos pueden incluso ser ser utilizados a temperaturas mayores por encima de la temperatura de sinterizado.

VII.

PROBLEMAS DE SINTERIZADO 1. Pandeado Este problema se detecta generalmente antes de que la pieza es puesta en servicio. Es causado debido a un soporte inadecuado de la pieza durante el sinterizado y puede corregirse reorientando la pieza en el horno o añadiendo aditamentos para su soporte. El pandeo también puede ser causado por variaciones de densidad de la pieza en verde y esto solo se corrige en las etapas previas al sinterizado. Las dos causas del pandeo pueden distinguirse por inspección dimensional de las piezas y de su microestructura. 12

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2. Sobre-quemado El sobre-quemado puede también causar pandeo, reacciones con las estructuras del horno o crecimiento de grano excesivo. Las primeras causas se pueden observar fácilmente por inspección visual pero el crecimiento de grano requiere de observación microscópica. Sin embargo, la presencia de grandes granos es fácilmente vista en la superficie de fracturas a baja magnificación. 3. Quemado de ligantes La pieza puede presentar agrietamiento si el quemado de los ligantes o aditivos es muy rápido o incompleto, ya que pueden quedar residuos que disminuyan las propiedades de la pieza. El quemado adecuado de los ligantes normalmente se logra elevando lentamente la temperatura a un nivel en el cual se pueda volatilizar y sosteniendo esta temperatura hasta que el ligante se haya ido. 4. Reacciones de descomposición Generalmente, los cerámicos se preparan utilizando carbonatos, sulfatos o nitratos u otras sales. Esto se debe a que las sales se consiguen con más pureza, o son más reactivas, o se pueden mezclar más fácilmente. El problema con esto, es que si la sal no se descompone en las etapas iniciales el componente puede verse dañado por la evolución e volución de gases. Por lo que hay que cuidar los ciclos térmicos así como la temperatura y cinética de descomposición. 5. Transformaciones polimórficas Éstas generalmente no causan problemas durante el sinterizado sino durante el enfriamiento si la transformación implica un cambio volumétrico. Por lo anterior, hay generación de esfuerzos internos, agrietamiento y pérdida de resistencia del material. VIII.

DISEÑO DEL HORNO Un buen diseño del horno es esencial para lograr el máximo sinterizado. La clave está en la máxima temperatura, el tipo de control del horno de temperatura y atmósfera. Para algunos materiales se requiere un control muy fino de temperatura (rango menor a 10°C). La mayoría de los hornos poseen control computarizado y diseños especiales para la reducción de la energía de consumos. Uno de los principales factores para esta reducción de energía es el uso de fibras o aislantes. Estudios realizados durante los últimos años han demostrado que algunos cerámicos pueden ser calentados hasta su temperatura de sinterización por medio de microondas o radiación infrarroja. Otra técnica que ha demostrado ser bastante eficiente es la del sinterizado por plasma. Un plasma es un gas ionizado conductor eléctrico a altas temperaturas. El rango de temperatura es alrededor de 4000 o 10,000 °C.

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Fig.10 ejemplos de hornos para sinterizado

IX.

CONCLUSIONES  El método de sinterización es un proceso rápido, flexible, limpio y económico que permite conseguir buenas propiedades finales en los materiales cerámicos. 

X.

BIBLIOGRAFÍA http://www.uobabylon.edu.iq/eprints/publication_11_ /publication_11_16913_560.pdf 16913_560.pdf  http://www.uobabylon.edu.iq/eprints file:///C:/Users/user/Downloads/Sinterizaci%C3%B3n%20[ terizaci%C3%B3n%20[Modo%20de%20compat Modo%20de%20compatibilidad].pdf ibilidad].pdf  file:///C:/Users/user/Downloads/Sin  https://es.scribd.com/doc/31422648/sinterizado http://www.pm-review.com/introduction-to-powder-metallurgy -powder-metallurgy/sintering-in-the/sintering-in-the-powderpowder http://www.pm-review.com/introduction-to metallurgy-process/  MATERIALES CERÁMICOS AVANZADOS CON APLICACIONES ODONTOLÓGICAS OBTENIDOS POR SINTERIZACIÓN DE POLVOS MEDIANTE LA TÉCNICA DE MICROONDAS, Álvaro Presenda Barrera  TP3 - Ceramics: Sintering and Microstructure, Responsable: Abhishek Kumar http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Leccion1.HornosI /Leccion1.HornosIndustriales.2006.pdf ndustriales.2006.pdf  http://www6.uniovi.es/usr/fblanco http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/4343/fichero/ roy/4343/fichero/2-+Bases+teoricas.pdf 2-+Bases+teoricas.pdf  http://bibing.us.es/proyectos/abrep

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ANEXOS ESQUEMA GENERAL DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE MATERIALES CERÁMICOS.

MECANISMOS DE TRANSPORTE DE MATERIA EN ESTADO ES TADO SÓLIDO POR DIFUSIÓN, ALTERNATIVO AL DE EVAPORACIÓN-CONDENSAC EVAPORACIÓN-CONDENSACIÓN. IÓN.

ALGUNOS PARÁMETROS IMPORTANTES EN EL PROCESO DE SINTERIZACIÓN DE CERÁMICAS. 15

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TIPOS DE HORNOS PARA SINTERIZAR CERÁMICAS

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