Estudio del método de calentamiento (convencional, microondas y SPS) durante la sinterización de polvos nanométricos Al2O3

Abstract

The alumina is one of the most used and studied ceramics. Their relative abundance and low cost is a big advantage for commercial application, plus there is a large availability of this material on the market, high purity. The outstanding features of this material are its high temperature stability and retention of its resistance to high temperature, in addition to its high hardness, high wear resistance and in some cases for their good transparency. But their fragile nature has limited the manufacture of advanced materials for structural applications and therefore has imposed limits on the range of applications. Nanoceramics with the nano grain size represent a possibility to overcome this disadvantage. Nanostructured producing industrially parts largely depends on the knowledge and control of processing parameters of the method used for its manufacture. In this control processing properties and final characteristics including the final grain size depend on the shape and particle size of the initial powders, the forming process and finally sintering process. The latter is a heat treatment below the melting point of the material during which material is exchanged, through contact between the particles by different diffusion mechanisms. Currently there are three predominant methods for sintering, spark plasma sintering (SPS), microwave sintering (MS) and conventional sintering (SC). The difference between the three is to the shape and rate of heating, while in the first two heating can reach hundreds of degrees per minute in the latter is several tens of degrees. The different conditions affect the final properties of the sintered parts and dissemination mechanisms are completely diferentes.

La alúmina es uno de los materiales cerámicos más utilizados y estudiados. Su relativa abundancia y bajo costo representa una gran ventaja para su aplicación a nivel comercial, además, hay una gran disponibilidad de este material en el mercado, con alto grado de pureza. Las características más sobresalientes de este material son su estabilidad a altas temperaturas y la retención de su resistencia a altas temperatura, además de su alta dureza, su gran resistencia al desgaste y en algunos casos por su buena transparencia. Sin embargo, su naturaleza frágil ha limitado la manufactura de materiales avanzados para aplicaciones estructurales y por lo tanto ha impuesto límites al campo de aplicaciones. Las cerámicas con tamaño de grano nanométrico representan una posibilidad para superar esta desventaja. La producción de piezas nanoestructuradas de manera industrial depende en gran medida del conocimiento y control de los parámetros de procesamiento del método utilizado para su fabricación. En este procesamiento el control de las propiedades y características finales incluyendo el tamaño de grano final, dependen de la forma y el tamaño de partícula de los polvos iniciales, del proceso de formado y finalmente del proceso de sinterización. Este último es un tratamiento térmico por debajo del punto de fusión del material durante el cual existe difusión de la materia, a través de los contactos entre las partículas mediante diferentes mecanismos. Actualmente existen tres métodos predominantes para realizar el sinterizado, sinterizado por chispa de plasma (SPS), sinterizado por microondas (MS) y sinterizado convencional (SC). La diferencia entre los tres estriba en la forma y velocidad de calentamiento, mientras que en los dos primeros el calentamiento puede alcanzar cientos de grados por minuto en el último es de algunas decenas de grados. Las diferentes condiciones afectan las propiedades finales de las partes sinterizadas y los mecanismos de difusión son completamente diferentes.