Lição 9.5MoldarCapítulo 9 · Pós e cerâmicas

Sinterização por micro-ondas

As micro-ondas aquecem a peça por dentro

A sinterização por micro-ondas aquece uma peça de pó prensado com micro-ondas em vez de paredes de forno quentes. A energia é absorvida dentro do material, então a peça inteira esquenta de uma vez, como um micro-ondas de cozinha esquenta uma sopa por dentro. Isso pode reduzir os ciclos de sinterização de muitas horas para bem menos e manter a estrutura do material mais fina.

Sinterização por micro-ondas · corte do forno e padrão de aquecimentoO forno à esquerda é desenhado aberto; o quadro à direita compara onde o calor começa em um forno comum e em um de micro-ondas. Os números circulados correspondem às etapas.

Como funciona

Carregue a peça. Uma peça de pó prensado (muitas vezes cerâmica) é colocada dentro de uma caixa de isolamento que deixa passar micro-ondas, mas retém o calor. Bastões de carboneto de silício, chamados susceptores (materiais que absorvem bem micro-ondas), muitas vezes ficam ao lado dela.
Gere micro-ondas. Um magnétron (o tubo que também alimenta um forno de cozinha) produz micro-ondas, normalmente a 2,45 GHz e vários quilowatts. Um canal metálico chamado guia de onda as leva para uma cavidade metálica fechada, onde elas se refletem.
Aqueça por dentro. As moléculas e cargas da peça absorvem as ondas e as transformam em calor em todo o seu volume. Muitas cerâmicas quase não absorvem micro-ondas a frio, então os susceptores as aquecem primeiro até começarem a absorver por conta própria (aquecimento “híbrido”).
Sinterize e esfrie. Na temperatura (por exemplo cerca de 1.200–1.500 °C para muitas cerâmicas), as partículas se unem e a peça encolhe e se densifica como em qualquer sinterização. Um pirômetro (um termômetro sem contato) acompanha a temperatura e a potência é ajustada, depois a peça esfria na caixa.

Dados-chave

Materiais: Principalmente cerâmicas (alumina, zircônia, ferritas, nitreto de silício); também peças de metal em pó e alguns compósitos
Peças típicas: Coroas dentárias de zircônia, componentes cerâmicos, pontas de metal duro, amostras de pesquisa
Tamanho da peça: Principalmente pequenas a médias: de alguns gramas a peças de algumas dezenas de centímetros de comprimento
Precisão: Como em outras sinterizações: o encolhimento precisa ser previsto; muitas vezes cerca de ±0,5–1% de uma dimensão como sinterizada
Acabamento superficial: Como sinterizada, igual à peça prensada; retificada ou polida onde necessário
Tamanho de lote adequado: Trabalho de laboratório, pequenos lotes e algumas linhas industriais contínuas
Custo de ferramental e máquinas: Sem ferramental de forma (a peça é moldada antes); fornos de pequenas unidades de laboratório a sistemas industriais que custam centenas de milhares de dólares
Velocidade: Muitas vezes de minutos a algumas horas por ciclo, normalmente bem menos que em um forno convencional para a mesma peça

Pontos fortes e limites

Pontos fortes

Aquecimento rápido por dentro, então ciclos mais curtos
Menos energia desperdiçada aquecendo as paredes do forno
Grãos mais finos, muitas vezes dando peças mais resistentes
Equipamento compacto para pequenos laboratórios e clínicas

Limites

Muitos materiais absorvem mal a frio e precisam de susceptores
Pontos quentes e “fuga térmica” (um ponto que superaquece cada vez mais rápido) podem trincar as peças
A temperatura é difícil de medir e de controlar de forma uniforme
Os metais refletem micro-ondas, então peças de metal maciço são mais difíceis de tratar

Onde é usado

OdontologiaSinterização rápida de coroas e pontes de zircônia em fornos do tamanho de clínicas
Cerâmicas avançadasAlumina, nitreto de silício e cerâmicas de temperatura ultra-alta para calor extremo
EletrônicaFerritas e outras eletrocerâmicas
Manufatura aditivaSinterização de peças impressas de metal e cerâmica em fornos de micro-ondas
PesquisaTestes rápidos de novas receitas de cerâmicas e compósitos

Como reconhecê-lo

Normalmente você não consegue saber pela peça: ela parece qualquer peça sinterizada de cerâmica ou metal.
O forno entrega: uma caixa de metal alimentada por um guia de onda, sem resistências incandescentes dentro.
Peças de laboratório e de makers muitas vezes ficam em uma caixa branca de isolamento de fibra ou em um cadinho de carboneto de silício.

Compare com

Metalurgia do pó9.1usa um forno convencional que aquece de fora para dentro, ao longo de horas.Sinterização por plasma de faísca9.4também aquece rápido por dentro, mas com corrente elétrica passando por uma matriz e com pressão.Processo sol-gel9.6outra forma de fazer cerâmicas finas, partindo de um líquido em vez de um pó.

Assista

National Science Foundation News · Por que os fornos de micro-ondas aceleram a fabricação de cerâmicas, com imagens de laboratório

Hunan WISE Microwave Technology Co., Ltd · As partes de um forno industrial: magnétrons, guias de onda, câmara

The Virtual Foundry, Inc. · A ideia do susceptor, com peças de metal impressas em 3D em um cadinho

CERAMBOT · Um pequeno forno de micro-ondas queimando peças cerâmicas impressas

Veja fotos reais

Wikipedia: Sinterização — artigo geral sobre sinterização com uma seção sobre sinterização por micro-ondas; a Wikipedia em inglês não tem um artigo separado
Busca de fotos no Wikimedia Commons

Lembre-se

A sinterização por micro-ondas aquece a própria peça, não as paredes do forno.
Aquecer por dentro dá ciclos mais curtos e grãos mais finos.
A baixa absorção a frio e os pontos quentes são os principais desafios, resolvidos com susceptores e controle cuidadoso.