La sinterización es el proceso de formar y compactar un material mediante presión y calor. La sinterización es un paso importante en el procesamiento de la cerámica y la pulvimetalurgia. La fuerza impulsora de la sinterización es la reducción del área de superficie total de las partículas. Las energías superficiales son de mayor magnitud que las energías de los límites de los granos.
La sinterización se lleva a cabo normalmente por debajo de la temperatura de fusión, por lo que normalmente no está presente una fase líquida. La sinterización se elige a menudo como proceso de conformación para materiales con puntos de fusión extremadamente altos, como las cerámicas de tungsteno, molibdeno o dióxido de uranio. Por ejemplo, el carburo de tungsteno (WC), que se utiliza ampliamente en la minería en brocas para perforación de roca con martillo en cabeza, martillos de fondo de pozo y muchas más aplicaciones, se fabrica mediante pulvimetalurgia, por lo que se puede sinterizar en la etapa final de producción. Un ejemplo muy familiar de sinterización es la formación de una bola de nieve dura presionando la nieve suelta.
Durante la sinterización, los polvos metálicos compactados se unen o sinterizan mediante calentamiento en un horno a una temperatura que suele estar por debajo del punto de fusión del constituyente principal. La sinterización de metales en polvo es un proceso en el que las partículas bajo presión se unen químicamente a sí mismas para formar una forma coherente cuando se exponen a altas temperaturas. Este proceso se conoce como sinterización en estado sólido. Si la temperatura está por encima del punto de fusión de un componente en la pieza de metal en polvo, el líquido de las partículas fundidas llena los poros. Este tipo de sinterización se conoce como sinterización en estado líquido.
El tiempo y la temperatura de sinterización son los factores más importantes desde una perspectiva práctica, siendo la temperatura la variable más importante. Durante este proceso, se incrementan una serie de características que incluyen la resistencia, ductilidad, tenacidad y conductividad eléctrica y térmica del material. Si diferentes polvos elementales son compactos y sinterizados, el material se formaría en aleaciones y fases intermetálicas.
UO2 sinterizado
La mayoría de los PWR utilizan el combustible de uranio , que se encuentra en forma de dióxido de uranio . El dióxido de uranio es un sólido semiconductor negro con una conductividad térmica muy baja . Por otro lado, el dióxido de uranio tiene un punto de fusión muy alto y un comportamiento bien conocido . El UO2 se introduce en matrices y se prensa biaxialmente en forma de gránulos cilíndricos con una carga de varios cientos de MPa; esto se hace en máquinas de prensado que funcionan a alta velocidad. Estos gránulos «verdes» se sinterizan luego en el cilindro sólido (con una altura y un diámetro de aproximadamente 1 centímetro, siendo la altura mayor que el diámetro) calentando en un horno a aproximadamente 1750°C bajo una atmósfera reductora controlada con precisión (generalmente argón-hidrógeno) para consolidarlos. Esto también tiene el efecto de densificación de los gránulos. Las dimensiones de los pellets de combustible y otros componentes del conjunto de combustible se controlan con precisión para garantizar la coherencia en las características del combustible. Luego, estos gránulos se cargan y encapsulan dentro de una barra de combustible (un tubo de revestimiento metálico), que está hecho de aleaciones de circonio.
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