Hi Joao,

With dwelling time the grain size is increasing, this explains appearance of pores in the structure. The surface energy energy is the driving force for sintering. The particle size is small before sintering (large surface area) with high surface energy which will be consumed during sintering. However, after a optimal grain size (with no porosity), the further grain size increment happens with merging of two or more grains. Which, in turn, produces the pores at the cost of reduced surface area.

I hope this helps

Thanks

Khagesh

I agree with Khagesh Tanwar . Adjacent and particles/grain consolidation which could happen by superficial diffusion, densification by volume or grain boundary you also need to consider diffusion as well as coalescence and grain grown as mentioned previously.

Hi,

May be depends on ratio of secondary phases in 3ysz is Al2O3 winch has Been existent in composite. Because, must been there interphase between Zro2 with Al2o3, with temperature  degree  reach about 1550°C

Dear Khagesh Tanwar , Ewa Jakubczyk , and Mustafa Alqadoori ,

Thank you all for your answers!

Khagesh Tanwar let me ask you: So after reaching the max. density, if I continue sintering, the densification should decrease? I mean, because of the appearance of pores at the microstructure. I don't understand yet how a grain merge could lead to a pore showing up, but I will study more about it to understand! Thank you very much for your answer!

Ewa Jakubczyk: Thank you! I will study more about the diffusion mechanisms in sintering!

Mustafa Alqadoori let me ask you: In my case, I'm not using a composite, but my materials should have some impurities (Tosoh TZ-3Y-E) the company that provides us these materials told us it could have ~5% of hafnia. Is it possible that interphase with hafnia is occurring?

I think, my dear

the impurity lead to obtaining change widely thermal energy in forming the lattice. and also the transforming you material from monoclinic to tetragonal has been accompanying volume change to reason the loss or change from original volume ions to small new volume ions

Densification and grain growth during sintering are two different processes based on different driving forces. A high density in sintering can be obtained for materials with little grain growth, while pronounced grain growth during sintering results in remaining porosity in the microstructure.

See ref: https://www.researchgate.net/publication/326639606_Sintering_dense_nanocrystalline_3YSZ_ceramics_without_grain_growth_by_plastic_deformation_as_dominating_mechanism

Based on what you have written (with the exception of the hold time we have the same working conditions) below: probable phenomena * 21 Hrs is not a sufficient time for a steady state of equilibrium. * The volume of the grains increases synonymous with a release of gas emprisoné (a good sintering following a release of the gases which creates pores). * It must be seen if there is not more than one corresponding equilibrium diagram. * Check if there are no impurities injected during the treatment. Technical issues * Is the raw material homogeneous !!! * For 50 hours of maintenance: is the oven used as effective as at 21 hours of maintenance (the maintenance is done by fluctuation around the programmed temperature)

O empacotamento de partículas é influenciado pela distribuição granulométrica do pó – empacotamentos com menor porosidade podem ser obtidos se os vazios existentes entre as partículas forem preenchidos por partículas menores das mesmas. Geralmente a densidade se eleva com o valor do quociente entre os tamanhos (diâmetros) das partículas maiores e os das menores; e a morfologia das partículas – quanto mais afastada do formato esférico for a partícula, menor é a densidade de empacotamento de uma distribuição que a contenha. Isso ocorre devido à fricção que surge pelo contato das superfícies irregulares das mesmas. Quanto menor for o tamanho das partículas irregulares, maior será este efeito, devido à maior área superficial específica. Com o controle de distribuição granulométrica, é possível otimizar a densidade de empacotamento em sistemas compostos por partículas não-esféricas; e técnicas de compactação.

A sinterização é um processo físico, termicamente ativado em que as partículas do pó são unidas formando agregados de alta resistência mecânica. Dessa forma, tem-se a diminuição da porosidade da peça e o aumento da densificação. A sinterização ocorre entre a metade e 2/3 da temperatura de fusão, o suficiente para causar difusão atômica ou fluxo viscoso. A força motriz para a sinterização é a redução da energia superficial livre do pó solto, conseguida pela diminuição da superfície total do sistema. As superfícies têm alta energia (sólido-vapor), por um sólido, cujos contornos de grão apresentam energia mais baixa.

O comportamento de densificação é influenciado pelo tamanho das partículas do carboneto, pela solubilidade do carboneto no ligante e pelo comportamento de molhabilidade.

A sinterização por fase sólida ocorre em temperaturas abaixo do ponto eutético do sistema. O material é transferido para a região de contato entre partículas vizinhas, sem que haja qualquer tipo de líquido na estrutura. Nessa etapa, rigidez e densificação são conseguidas pelo aumento da área de contato entre as partículas e pelo melhor empacotamento das partículas.

A remoção de ligante, contaminação e reações entre a atmosfera do forno e oxigênio/óxido no compactado, influenciam a sinterização por fase sólida. É desejável que toda a redução de oxigênio ocorra durante a sinterização por fase sólida, pois com o aumento da temperatura os poros começam a se fechar e o escape de CO é cada vez mais difícil.

A densificação máxima por sinterização via fase líquida é alcançada quando se têm quantidade apreciável de fase líquida, solubilidade do sólido no líquido e molhabilidade completa do sólido pela fase líquida. O tempo de sinterização diminui com o aumento de temperatura devido à difusão mais rápida da fase líquida. Porém, pode ocorrer o crescimento exagerado de grão e distorção dos compactados. Assim, deve-se estabelecer um controle entre o tempo e a temperatura de sinterização, a fim de otimizar a densificação, e evitar o crescimento exagerado de grãos e a distorção. A densificação por sinterização via fase líquida é comumente dividida em três estágios, rearranjo das partículas, dissolução-reprecipitação e coalescimento do esqueleto definido pelas partículas sólidas.

Uma boa molhabilidade é caracterizada por um baixo ângulo de contato que favorece a difusão do líquido nas partículas sólidas e promove a atração capilar, levando a densificação do material. Por outro lado, um alto ângulo de contato indica uma molhabilidade insuficiente, levando a uma baixa densificação. A magnitude da atração capilar depende da quantidade de líquido, tamanho de grão e ângulo de contato.

Além das possibilidades acima citadas, o processo de dissolução-reprecipitação pode ter ocorrido.Precisaria de mais informações sobre o processo de sinterização e obtenção dos pós.

Espero ter ajudaddo.

Boa sorte!

Dear Joao,

I mainly agree with Khagesh Tanwar.

Let me add the following:

Sintering means different things - all happening via diffusion:

- surface diffusion: low temperature / no macroscopic shrinkage

- grain boundary diffusion: medium temperature / shrinkage

- volume diffusion: high temperature / little shrinkage & grain growth

Usually, ceramic materials can be sintered without pressure to nearly 100% density only under very special conditions.

Generally, a residual porosity of 3 to 10% is left over after shrinkage has stopped. Possibly some of your pores are too small to be observed. If you then hold the samples at a higher temperature for longer times two thinks may happen:

- many small pores are coarsening to a few bigger ones, which become visible (Oswald ripening)

- some elements may evaporate coursing porosity

In the first case the overall porosity is NOT increased; there are just some larger pores created (one the expense of many small ones).

I hope that helps you in understanding what is going on.

With best regards

Torsten

Thank you all for your help, I really appreciate that! I think I get it now!

Hi Dear Joao

I think It's about sintering time or temperature. I saw this problem in my projects and finally, I understood that It's about high temperature of the sintering process. Therefore above a critical temperature in the sintering process the porosities size will increase.

Best Regards

It sounds like hydrogen gas nucleation at preferential nucleation sites (e.g. existing porosity, triple points, etc.)...