Ciclo térmico para la obtención de una ferrita de Ni-Zn: (I) Diseño de la etapa de sinterización

Abstract

Las piezas cerámicas obtenidas a partir de polvos de ferritas de composición (Cu0.12Ni0.23Zn0.65)Fe2O4 destacan como absorbentes de radiación electromagnética entre las ferritas de Ni-Zn dopadas con Cu, impidiendo interferencias entre dispositivos electrónicos. En este trabajo se ha establecido una metodología para diseñar la etapa de sinterización de un ciclo térmico, que permite obtener las piezas cerámicas mencionadas con una microestructura adecuada (elevada densidad relativa y escaso crecimiento de grano) para que presenten unas buenas propiedades electromagnéticas. La metodología establecida consiste, en primer lugar, en determinar las ecuaciones diferenciales que relacionan las velocidades de densificación y de crecimiento de grano con el tamaño medio de grano, la densidad relativa y la temperatura de sinterización, proponiendo en cada caso el mecanismo de difusión controlante de cada una de dichas velocidades. En segundo lugar, la integración simultánea de las dos ecuaciones de velocidad permite obtener la evolución de la densidad relativa y del tamaño medio de grano con el tiempo de sinterización a una temperatura previamente fijada. En tercer lugar, se ha determinado cómo dicha temperatura debe ir disminuyendo con el tiempo de sinterización para que, en cada instante, se mantenga una velocidad de densificación relativamente alta evitando al mismo tiempo que la velocidad de crecimiento de grano provoque un crecimiento irregular y exagerado de los mismos

Ceramic bodies formed from (Cu0.12Ni0.23Zn0.65)Fe2O4 ferrite powders stand out as electromagnetic radiation absorbers among Cu-doped Ni-Zn ferrites, preventing interference between electronic devices. This study establishes a methodology for designing the sintering stage of a thermal cycle, which allows the foregoing ceramic bodies to be obtained with the appropriate microstructure (high relative density and little grain growth) to provide them with good electromagnetic properties. The methodology consists, first, of determining the differential equations that relate the densification and grain-growth rates to average grain size, relative density, and sintering temperature, proposing the corresponding rate-controlling mass-transfer mechanism in each case. Secondly, the simultaneous integration of the two rate equations allows the evolution of relative density and average grain size with sintering time at a prefixed sintering temperature to be obtained. Thirdly, it is determined how this temperature needs to decrease with sintering time in order constantly to maintain a relatively high densification rate, while concurrently keeping the grain-growth rate from causing irregular and/or exaggerated grain growth