Sinterização de filmes espessos de Ba(Ti0,85Zr0,15)O3 por varredura laser

Abstract

INTRODUÇÃORecentemente, novas estratégias para obtenção de corpos cerâmicos densos têm sido estudadas. As técnicas propostas procuram contornar ou modificar algum estágio da cinética de sinterização, favorecendo ou inibindo determinados mecanismos de transporte de massa. Entre as técnicas mais promissoras estão a "spark plasma sintering" [1], sinterização por microondas [2], a sinterização em duas etapas [3] e a sinterização laser [4].Tem sido demonstrado que o uso da técnica de sinterização a laser é eficiente na obtenção de cerâmicas com alta densidade relativa, excelente homogeneidade de tamanho médio de grãos e baixo dano microestrutural [4][5][6]. No entanto, a utilização da técnica para sinterização de corpos cerâmicos tem como fator limitante a espessura das amostras. Isto ocorre porque a absorção da radiação laser é preferencialmente superficial. A condução de calor a partir da superfície passa a ser responsável pelo aquecimento no interior da amostra e o resultado final irá depender das propriedades térmicas do material. Além disso, para uma situação em que o feixe do laser é fixo, o diâmetro da amostra também será limitado à dimensão do feixe de luz laser [5].Materiais ferroelétricos produzidos na forma de filmes espessos (>10 µm de espessura) têm sido utilizados em transformadores de impedância, micro-atuadores, sensores piezelétricos [7][8][9] e no desenvolvimento de MEMS (microelectromechanical systems) devido a sua alta sensibilidade e amplo intervalo de freqüência de trabalho quando comparados aos filmes finos [8,9]. Entre os materiais viáveis para estas aplicações, o Ba(Ti 1-x Zr x )O 3 é um dos candidatos por apresentar propriedades elétricas sintonizáveis com alterações na quantidade de Zr na composição química das cerâmicas [10,11].A técnica de deposição por eletroforese (EDPElectrophoretic Deposition) permite a produção de filmes espessos de diferentes espessuras sobre substratos condutores. As características das suspensões e a intensidade do campo elétrico em corrente contínua são parâmetros importantes que afetam a qualidade do filme espesso final. A técnica possibilita a combinação de uma grande variedade de materiais, morfologias e dimensões [12].Neste trabalho apresentamos a montagem experimental desenvolvida para a sinterização contínua de filmes espessos ResumoSão apresentados os resultados de sinterização de filmes espessos de BaTi 0,85 Zr 0,15 O 3 (BTZ15), depositados pela técnica de eletroforese, utilizando como fonte de calor um laser de CO 2 . A montagem experimental foi otimizada de modo a permitir a sinterização de filmes com dimensões de até 70 mm de comprimento por 10mm de largura e espessuras variáveis. Os processos térmicos envolvidos durante a varredura contínua a laser atuaram de modo similar à sinterização em duas etapas. Os tempos de patamares em cada etapa foram dependentes da velocidade e do número de varreduras. A temperatura máxima que se pode atingir no filme espesso, durante cada varredura e para uma potência nominal do laser fixa, foi correlacionada com a densida...