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
De<a P = 2,gammar,
onde gamma é a energia superficial por unidade de área e r é o raio de curvatura. Essa De<a P 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.

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