A sinterização é o processo de formação e compactação de um material por pressão e calor. A sinterização é uma etapa importante na metalurgia do pó e no processamento de cerâmica. A força motriz para a sinterização é a redução na área total da superfície da partícula. As energias de superfície são maiores em magnitude do que as energias de contorno de grão.
A sinterização é geralmente realizada abaixo da temperatura de fusão, de modo que uma fase líquida normalmente não está presente. A sinterização é frequentemente escolhida como o processo de modelagem de materiais com pontos de fusão extremamente altos, como tungstênio, molibdênio ou cerâmica de dióxido de urânio. Por exemplo, carboneto de tungstênio (WC), que é usado extensivamente na mineração em brocas de perfuração de rocha, martelos de fundo de poço e muitas outras aplicações, é feito por metalurgia do pó, portanto, fabricado por sinterização no estágio final da produção. Um exemplo muito familiar de sinterização é a formação de uma bola de neve dura pressionando a neve solta.
Durante a sinterização, os pós metálicos compactados são ligados ou sinterizados por aquecimento em um forno a uma temperatura que geralmente está abaixo do ponto de fusão do constituinte principal. A sinterização de metais em pó é um processo no qual partículas sob pressão se ligam quimicamente a si mesmas para formar uma forma coerente quando expostas a altas temperaturas. Este processo é conhecido como sinterização em estado sólido. Se a temperatura estiver acima do ponto de fusão de um componente na peça metálica em pó, o líquido das partículas fundidas preenche os poros. Este tipo de sinterização é conhecido como sinterização em estado líquido.
O tempo e a temperatura de sinterização são os fatores mais significativos do ponto de vista prático, sendo a temperatura a variável mais importante. Durante esse processo, várias características são aumentadas, incluindo resistência, ductilidade, tenacidade e condutividade elétrica e térmica do material. Se diferentes pós elementares forem compactos e sinterizados, o material formará ligas e fases intermetálicas.
UO2 sinterizado
A maioria dos PWRs usa combustível de urânio, que está na forma de dióxido de urânio. O dióxido de urânio é um sólido semicondutor preto com condutividade térmica muito baixa. Por outro lado, o dióxido de urânio tem ponto de fusão muito alto e comportamento bem conhecido. O UO2 é alimentado em matrizes e pressionado biaxialmente em forma de pastilha cilíndrica usando uma carga de várias centenas de MPa – isso é feito em máquinas de prensagem que operam em alta velocidade. Esses grânulos ‘verdes’ são então sinterizados no cilindro sólido (com altura e diâmetro de cerca de 1 centímetro, sendo a altura maior que o diâmetro) por aquecimento em um forno a cerca de 1750°C sob uma atmosfera redutora controlada com precisão (geralmente argônio-hidrogênio) para consolidá-los. Isso também tem o efeito de densificação dos pellets. As dimensões dos pellets de combustível e outros componentes do conjunto de combustível são controladas com precisão para garantir consistência nas características do combustível. Esses pellets são então carregados e encapsulados dentro de uma haste de combustível (um tubo de revestimento metálico), que é feito de ligas de zircônio
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