Durante il processo di sinterizzazione delle polveri ceramiche si verificano diversi cambiamenti fisici. Ecco le fasi principali della sinterizzazione:
1. Composizione della polvere: La prima fase prevede la miscelazione di acqua, deflocculante, legante e polvere ceramica non cotta per creare un impasto. La composizione della polvere determina le caratteristiche finali della parte in ceramica, come la resistenza, la durezza e la conducibilità termica.
2. Compattazione della polvere: In questa fase, l'impasto viene essiccato a spruzzo per ottenere una forma di polvere. La polvere viene poi inserita in uno stampo e pressata per formare un corpo verde. La compattazione può avvenire mediante pressatura a freddo o a caldo, ottenendo una parte verde densa con un basso ritiro da essiccazione.
3. Sinterizzazione o cottura: Il corpo verde viene riscaldato a bassa temperatura per bruciare il legante. Quindi, viene sinterizzato ad alta temperatura. La sinterizzazione comporta il riscaldamento delle particelle ceramiche al di sotto del loro punto di fusione. Quando la temperatura aumenta, si verificano diversi cambiamenti:
- Crescita dei grani: Le polveri ceramiche fini subiscono una crescita dei grani, in cui le singole particelle aumentano di dimensioni e iniziano a riorganizzarsi.
- Riassetto delle particelle: Le particelle iniziano a riorganizzarsi a causa delle forze capillari. Nei punti di contatto tra le particelle, alcune di esse possono dissolversi in una fase liquida e riprecipitare nelle aree di contatto tra le particelle.
- Riduzione della porosità: I pori presenti nel corpo verde diminuiscono o si chiudono durante la sinterizzazione, con conseguente densificazione della parte ceramica. La riduzione della porosità è determinata da fattori quali la porosità iniziale del corpo verde, la temperatura di sinterizzazione e il tempo.
- Densificazione e miglioramento delle proprietà meccaniche: Quando i pori vengono eliminati e il compatto ceramico raggiunge la piena densità, le proprietà meccaniche della parte in ceramica migliorano. La densificazione porta a un aumento della resistenza, della durezza e di altre proprietà meccaniche.
- Restringimento: Le ceramiche si ritirano generalmente del 20-25% durante la sinterizzazione. Per ottenere un ritiro controllato e uniforme, è importante avere una densità verde buona e uniforme durante la fase di formatura.
- Sinterizzazione in fase liquida: In alcuni casi, durante la sinterizzazione può essere presente una fase liquida. Si tratta della cosiddetta sinterizzazione in fase liquida, utilizzata per le ceramiche più difficili da densificare. Piccoli volumi di additivi nella composizione formano un liquido alla temperatura di sinterizzazione, facilitando il riarrangiamento delle particelle e la rimozione dei pori.
Nel complesso, la sinterizzazione è un processo cruciale per trasformare una polvere compatta in un articolo ceramico denso con le caratteristiche e le proprietà materiali desiderate. Comporta la riduzione dell'energia superficiale, la chiusura dei pori e la densificazione della parte ceramica.
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