15-13 Qual é a força motriz da sinterização?
Passo 1
O enunciado pergunta qual é a força motriz da sinterização. Esse assunto faz parte da termodinâmica e cinética de materiais cerâmicos ou metálicos, onde precisamos entender por que partículas sólidas, aquecidas abaixo do ponto de fusão, se unem e densificam.
Passo 2
A sinterização é um processo em que partículas sólidas, ao serem aquecidas, sofrem difusão de átomos ou íons para formar “pontes” (necks) entre si e reduzir porosidade. Para que ocorra esse transporte de matéria, deve existir uma diferença de potencial químico que “puxe” átomos de regiões de maior energia para regiões de menor energia.
Passo 3
Regiões de alta curvatura de superfície (como superfícies de partículas isoladas) têm maior energia livre superficial que regiões de baixa curvatura (como o interior do grão ou pescoço formado entre partículas). Essa diferença de energia superficial gera uma pressão capilar, que se traduz em diferença de potencial químico e faz os átomos migrarem para as regiões que diminuem a área de superfície total.
Passo 4
A pressão capilar associada à curvatura da superfície pode ser estimada por
onde
é a energia superficial por unidade de área e
é o raio de curvatura. Essa
é a força motriz que induz difusão e densificação durante a sinterização.
Resposta
A força motriz da sinterização é a redução da energia livre de superfície (tensão superficial) das partículas, manifestada como pressão capilar que impulsiona o transporte de matéria.