Novo método de sinterização de materiais cerâmicos avançados utilizando baixas temperaturas

Abstract

As cerâmicas avançadas apresentam propriedades de grande interesse na atualidade, como: semicondutividade e dureza mais elevada que os demais materiais aplicados na engenharia. Essas propriedades são obtidas apenas se as matérias-primas apresentarem elevada pureza e o processo de fabricação das peças for muito bem controlado. Devido ao elevado ponto de fusão, as temperaturas aplicadas nos processos de fabricação das cerâmicas avançadas costumam ser maiores que 1000 °C. Dessa maneira, a fim de diminuir as temperaturas elevadas envolvidas no processo tradicional, neste estudo, o foco foi estudar o novo método de sinterização a baixa temperatura. Como material de estudo foi escolhido o ZnO, um importante material semicondutor, usado em aplicações como varistores, sensores de gás e componentes piezoelétricos. Para realizar o estudo, foi projetado e montado um sistema de prensagem a quente, composto por uma prensa hidráulica, uma matriz de prensagem, uma coleira de resistência elétrica e um sistema eletrônico para controlar a temperatura no interior da matriz. Peças foram obtidas através da sinterização a baixa temperatura utilizando o pó nanométrico de ZnO com adição de 10% de água deionizada. As peças obtidas, foram sinterizadas a 150 e 250 °C, com 3 toneladas de pressão por tempos de 15 a 120 min. Foi realizada a difração de raios-X para aferição de fases cristalinas e microscopia eletrônica de varredura para análise de morfologia e tamanho de grão, além da porosidade. A maior densidade relativa obtida foi de 65%. Apesar de não ser considerada uma densidade elevada, foi possível compreender melhor os fenômenos que ocorrem durante esse novo processo proposto. A morfologia dos grãos é bastante distinta entre as amostras sinterizadas a 150 e 250 °C, confirmando a solubilização do ZnO e indicando que a fase transiente não é eliminada na temperatura mais baixa.