Sinterização a frio revoluciona fabricação de cerâmica

Redação do Site Inovação Tecnológica -  19/10/2016

Interpretação artística da sinterização a frio de partículas cerâmicas (brancas) e fitas de polímeros (verdes) usando baixo calor para evaporar moléculas de água (azuis), que conduzem a reação. [Imagem: Jennifer M. McCann/MRI]

Revolução na cerâmica

Uma nova técnica, batizada de "processo de sinterização a frio", pode mudar a forma como são feitas peças e objetos de cerâmica, além de permitir a junção de materiais hoje considerados incompatíveis.

Usada pela humanidade desde a pré-história, a fabricação de cerâmica consiste basicamente no aquecimento das argilas até altas temperaturas, que fazem com que os grânulos do material sinterizem - a sinterização é um processo de aglutinação, pelo qual as partículas não se fundem, mas atingem um calor suficiente para que suas redes cristalinas se conectem.

Jing Guo e seus colegas da Universidade da Pensilvânia, nos EUA, descobriram agora como fazer isto sem precisar de temperaturas tão elevadas - eles não conseguiram eliminar de vez o forno, mas a queda de temperatura é tamanha que se justifica o termo "a frio" com que batizaram sua tecnologia.

Sinterização a frio

O processo parte de um pó cerâmico sobre o qual são aspergidas algumas gotas de água ou solução ácida. As superfícies sólidas das partículas se decompõem e se dissolvem parcialmente na água, produzindo uma fase líquida nas interfaces partícula-partícula. Aumentando a temperatura e a pressão, a água flui e as partículas sólidas se reorganizam em um processo inicial de densificação.

Em seguida, aglomerados de átomos ou íons começam a se afastar dos pontos onde as partículas estão em contato, auxiliando na difusão, minimizando assim a energia livre superficial, permitindo que as partículas grudem firmemente umas nas outras.

A chave de tudo é descobrir a combinação exata de umidade, pressão, calor e o tempo necessário para cada reação, de modo que cada tipo de matéria-prima se cristalize totalmente e atinja a densidade mais elevada possível.

Junção de materiais incompatíveis

Como os testes mostraram que tudo funciona a temperaturas de apenas 120º C, a equipe percebeu que a sinterização a frio pode ser usada para unir materiais incompatíveis, como cerâmica e plástico.

Eles escolheram três tipos de polímeros que poderiam complementar as propriedades de três tipos de cerâmicas - um dielétrico de micro-ondas, um eletrólito e um semicondutor. Os novos compósitos foram sinterizados plenamente em períodos entre 15 e 60 minutos.

A equipe agora está trabalhando com novos tipos de materiais, incluindo materiais arquitetônicos, como tijolos, pisos e revestimentos, materiais refratários, implantes biomédicos e materiais cerâmicos usados na fabricação de componentes eletrônicos.

Bibliografia:

Cold Sintering Process of Composites: Bridging the Processing Temperature Gap of Ceramic and Polymer Materials
Jing Guo, Seth S. Berbano, Hanzheng Guo, Amanda L. Baker, Michael T. Lanagan, Clive A. Randall
Advanced Functional Materials
DOI: 10.1002/adfm.201602489