A densidade é um indicador fundamental para medir a qualidade das cerâmicas resistentes ao desgaste, e sua fórmula de cálculo é: Densidade = Massa ÷ Volume. No processo de sinterização em alta temperatura das cerâmicas resistentes ao desgaste, a massa do corpo verde muda apenas ligeiramente devido à volatilização de uma pequena quantidade de água e impurezas, enquanto a taxa de encolhimento do volume pode atingir mais de 40%. Essa característica de "pequena mudança de massa e redução acentuada do volume" impulsiona diretamente um aumento significativo na densidade das cerâmicas resistentes ao desgaste. Portanto, o encolhimento do volume é um fator chave que impulsiona o aumento da densidade das cerâmicas resistentes ao desgaste. Então, por que a cerâmica resistente ao desgaste exibe um encolhimento de volume tão significativo durante a etapa de sinterização? As razões específicas podem ser resumidas da seguinte forma:
Eliminação de Poros e Escape de Gás
A principal matéria-prima das cerâmicas resistentes ao desgaste é o pó de alumina. Depois que o pó é formado em um corpo verde por meio de prensagem a seco, vazamento por deslizamento e outros processos de moldagem, ele é preenchido com um grande número de poros – incluindo poros abertos formados pela acumulação de partículas e poros fechados fechados por partículas. Ao mesmo tempo, a superfície das partículas de pó também adsorve gases como ar e vapor de água. Quando a temperatura de sinterização sobe para a faixa de alta temperatura de 1600℃, os poros dentro do corpo verde se expandem devido ao calor. Os poros fechados originalmente isolados se conectam gradualmente para formar canais de poros; à medida que a temperatura continua a subir, os gases escapam rapidamente ao longo dos canais, e um grande número de poros é gradualmente eliminado. Enquanto isso, as partículas de alumina, sem o suporte dos poros, se aproximam constantemente e se compactam sob a força motriz da energia superficial, levando diretamente a uma retração significativa no volume do corpo verde, lançando as bases para o aumento da densidade.
Evaporação de Água e Decomposição de Impurezas
Mesmo com matérias-primas de alta pureza, vestígios de água e impurezas permanecerão no pó, embora o teor de impurezas seja muito menor do que o das matérias-primas comuns. Durante o processo de aquecimento de sinterização, a água livre no corpo verde é a primeira a evaporar; à medida que a temperatura aumenta ainda mais, as impurezas vestigiais, como carbonatos e sulfatos no pó, sofrem reações de decomposição, convertendo-se em gases como dióxido de carbono e dióxido de enxofre, que são então expelidos do corpo verde. A evaporação da água e a decomposição das impurezas não apenas reduzem o "espaço ineficaz" dentro do corpo verde, mas também permitem que as partículas de alumina superem a obstrução das impurezas, resultando em uma ligação mais forte entre elas, exacerbando assim ainda mais o encolhimento do volume.
Reorganização de Partículas e Densificação Estrutural
Quando a temperatura de sinterização atinge a faixa de atividade de sinterização do pó de alumina, a energia cinética atômica das partículas aumenta significativamente e sua fluidez é aprimorada. Em algumas áreas localizadas do corpo verde, uma pequena quantidade de fase líquida é formada devido à ação de auxiliares de sinterização. Impulsionadas pela energia superficial e pelas forças capilares, as partículas de alumina migram, deslizam e se reorganizam, preenchendo espontaneamente os poros criados pelo escape de gás, evaporação de água e decomposição de impurezas. Simultaneamente, o contato entre as partículas muda gradualmente do contato pontual após a moldagem para o contato superficial, a estrutura cristalina é continuamente otimizada e os grãos começam a crescer, formando uma rede contínua de contorno de grão. Esse processo não apenas serve como a principal força motriz para o encolhimento do volume, mas também aumenta significativamente a densidade do corpo verde cerâmico resistente ao desgaste, resultando, em última análise, no produto final com excelente dureza e resistência ao desgaste.
Em resumo, durante o processo de sinterização de cerâmicas resistentes ao desgaste, embora o escape de gás, a evaporação da água e a decomposição de impurezas possam levar a uma ligeira diminuição na massa do corpo verde, seu impacto é quase insignificante em comparação com o encolhimento do volume de até 40%. É esse encolhimento significativo do volume que permite um aumento dramático na densidade das cerâmicas resistentes ao desgaste. Portanto, a densidade não é apenas um indicador importante para medir a qualidade dos produtos cerâmicos resistentes ao desgaste, mas também uma base fundamental para determinar se o grau de sinterização atende aos padrões e se a estrutura interna é densa.
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