sinterización en fase líquida

Dos polvos, una base y un aditivo, se mezclan y se prensan en un compacto verde. El compacto verde se calienta a una temperatura en la que se forma un líquido; las fracciones de volumen de líquido típicas están entre el 5 y el 15 %. ^{[ 3 ]} La fuerza capilar debida a la humectación de las partículas sólidas por el líquido arrastra rápidamente el líquido hacia los huecos entre partículas y provoca que estas se reorganicen. La humectabilidad se describe mediante el ángulo de contacto ,${\displaystyle \theta }$, que puede expresarse como una diferencia de energías superficiales relativas entre el sólido, el líquido y el vapor (${\displaystyle S}$,${\displaystyle L}$,${\displaystyle V}$, respectivamente):

${\displaystyle \theta =\arccos \left({\frac {\gamma _{SV}}{\gamma _{LV}}}-{\frac {\gamma _{SL}}{\gamma _{LV}}}\right)}$

Los ángulos de contacto bajos indican buena humectabilidad y darán como resultado una fuerza capilar que unirá el compacto. Los ángulos de contacto altos indican mala humectabilidad, lo que dará como resultado la hinchazón del compacto. ^{[ 3 ]} La humectabilidad se puede mejorar mediante aleación o aumentando la temperatura, y también se ve favorecida por partículas pequeñas y de forma regular y un compacto verde homogéneo. Un enfoque extremadamente eficaz es recubrir directamente los polvos con el componente formador de líquido, permitiendo que la fase líquida se forme directamente en los límites de las partículas. ^{[ 3 ]} Sin embargo, los componentes pueden experimentar "deslizamiento" o distorsión de la forma si se forma demasiado líquido durante esta etapa. La etapa de reordenamiento procede muy rápidamente, y la mayor parte de la densificación ocurre dentro de los tres minutos de la formación de la fusión. ^{[ 2 ]}

A medida que se elimina la porosidad y se ralentiza la reorganización, los mecanismos difusivos, análogos a los presentes en la fluencia por difusión , se vuelven dominantes y cambian el tamaño y la forma de las partículas de polvo. Estos mecanismos se producen mediante la disolución del sólido en la fase líquida, la difusión a través del líquido y la reprecipitación; por lo tanto, la solubilidad y la difusividad del sólido en el líquido controlan las velocidades de estos procesos. El proceso de crecimiento de grano o engrosamiento de partículas se denomina maduración de Ostwald y ocurre porque los granos más pequeños son más solubles en el líquido que los granos más grandes. El gradiente de concentración resultante provoca que el material se difunda a través del líquido, lo que hace que los granos más grandes crezcan a expensas de los más pequeños. El cambio de forma se produce de manera similar; en un proceso denominado "aplanamiento por contacto", el sólido se disuelve preferentemente en áreas con alta presión capilar (es decir, donde las partículas están cerca unas de otras) y se reprecipita en otros lugares. Así, dos superficies curvas muy próximas se aplanarán con el tiempo. El cambio de forma también puede ser impulsado por la anisotropía en la energía superficial del sólido y/o las diferencias en las magnitudes de las energías interfaciales sólido-sólido y sólido-líquido. Estos cambios de forma permiten que los granos se empaqueten más de forma compacta, eliminando aún más la porosidad y densificando el compacto. Los primeros modelos de solución-reprecipitación demuestran que la velocidad de densificación puede incrementarse aumentando la temperatura, disminuyendo el tamaño del grano y aumentando la solubilidad del sólido en el líquido. ^{[ 3 ]}

En la etapa final, la densificación se ralentiza aún más porque el compacto se fortalece con el crecimiento del cuello y la formación de una microestructura esquelética sólida. Este régimen se describe mejor típicamente mediante la sinterización clásica en fase sólida. El reordenamiento se inhibe, pero el engrosamiento continúa ocurriendo por difusión. Además, los poros que contienen gas atrapado pueden expandirse hasta que la presión de poro,${\displaystyle P_{poro}}$, se equilibra con la energía superficial líquido-vapor. Para poros esféricos con diámetro${\displaystyle d_{pore}}$, esto se describe por

${\displaystyle P_{poro}={\frac {4\gamma _{LV}}{d_{poro}}}}$

dónde${\displaystyle \gamma _{LV}}$es la energía interfacial líquido/vapor. ^{[ 3 ]} Generalmente, debido al engrosamiento y la expansión de los poros, un tiempo prolongado en esta etapa final tiende a degradar las propiedades de los compactos.