Controlling sintering and grain growth of nanoceramics

AUTOR(ES)
FONTE

Cerâmica

DATA DE PUBLICAÇÃO

2019-01

RESUMO

Resumo Sinterização e crescimento de grão são processos fundamentais que afetam a evolução microestrutural das cerâmicas. Os modelos fenomenológicos que descrevem esses processos, conforme encontrados nos livros didáticos, são simplificações do conjunto altamente dinâmico de parâmetros do sistema, o que leva à previsibilidade limitada e à necessidade de extensas análises empíricas para otimização de processos. Uma tal simplificação é a subestimação de energias interfaciais e suas relações com caminhos de difusão e controle de crescimento. O objetivo deste artigo é esclarecer como a termodinâmica das interfaces pode fornecer oportunidades para um controle mais refinado do processamento de cerâmica. Na primeira parte deste artigo discute-se a relevância das energias de contorno de grão no crescimento de grão, mostrando que embora a mobilidade de contorno de grão seja a escolha preferida para projetar a inibição do crescimento de grão, estudos recentes demonstram que os dopantes podem ser selecionados para aniquilar a força motriz do processo e possibilitar nanocerâmicas (meta)estáveis termicamente. Na segunda parte do artigo, apresentam-se as deficiências da atual teoria da sinterização e discute-se que ambas energias de contorno de grão e de superfície, com suas taxas associadas de evolução da área interfacial, representam uma melhor descrição da sinterização. Essa perspectiva oferece parâmetros ajustáveis que podem estabelecer uma nova base para o design de aditivos de sinterização para uma densificação ótima.Abstract Sintering and grain growth are fundamental processes affecting microstructural evolution of ceramics. The phenomenological models describing these processes as found in textbooks are simplifications of the very dynamic set of system’s parameters, which lead to limited predictability and the need for extensive empirical analyses for process optimization. One such simplification is the underestimation of interfacial energies and their relationships with diffusion paths and growth control. The goal of this paper is to clarify how thermodynamics of interfaces can provide opportunities for a more refined control of ceramic processing. On the first part of this paper we discuss the relevance of grain boundary energies in grain growth, showing that although grain boundary mobility is the preferred parameter choice for designing of grain growth inhibition, recent studies demonstrate dopants can be selected to annihilate the process driving force and enable thermally (meta)stable nanoceramics. In the second part of the paper, we point out shortcomings from the current sintering theory and discuss that both surface and grain boundary energies with their associated rates of interfacial area evolution represent a more comprehensive sintering description. This perspective offers tunable parameters that may set a new foundation for the design of sintering aids for optimal densification.

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