Effect of electric fields and current on ceramic processing

È noto che campi elettrici e correnti elettriche intense accelerano i processi ad alta temperatura dei materiali ceramici. Ad esempio, la sinterizzazione mediante corrente elettrica pulsata, nota come Spark Plasma Sintering (SPS), è ampiamente riconosciuta come una tecnica di sinterizzazione rapida che sfrutta gli effetti della corrente elettrica.

Nell'ultimo decennio, il cosiddetto flash event, che si verifica in presenza di forti campi elettrici, ha attirato grande interesse come ulteriore tecnica di sinterizzazione rapida, poiché consente di accelerare la densificazione delle polveri ceramiche senza applicare pressione. Inizialmente osservato da Raj e collaboratori nei processi di sinterizzazione, il fenomeno è stato successivamente dimostrato efficace anche nell'accelerare altri processi ad alta temperatura nei materiali massivi, come la deformazione, la giunzione e l'autoriparazione delle cricche.

Sebbene i processi assistiti da corrente siano generalmente attribuiti a un aumento della diffusività nei materiali ceramici, i meccanismi alla base di tali effetti sono ancora oggetto di dibattito. Nel caso della flash sintering, inoltre, i fenomeni si completano tipicamente nell'arco di pochi secondi. Se da un lato questa rapidità rappresenta un vantaggio per le applicazioni industriali, dall'altro rende più complessa l'identificazione dei meccanismi che controllano il processo.

In questo lavoro sono stati quindi studiati gli effetti della corrente elettrica durante il flash event, utilizzando ceramiche policristalline di zirconia stabilizzata con ittria (8YSZ) come materiale di riferimento. I risultati mostrano che processi ad alta temperatura, quali la crescita dei grani e la deformazione, possono essere significativamente accelerati grazie a un incremento della diffusività lungo i bordi di grano, favorito anche da effetti non termici associati al flash event.

Nel corso della presentazione verranno illustrati in maggiore dettaglio i processi ad alta temperatura influenzati da campi e correnti elettriche e i relativi meccanismi.

Il seminario si terrà interamente in lingua inglese.

Speaker

Koji Morita è Group Leader presso il Research Center for Electronic and Optical Materials del National Institute for Materials Science (NIMS) di Tsukuba, Giappone. Dopo aver conseguito il dottorato in Ingegneria dei Materiali presso la Kyushu University nel 1997, è entrato a far parte del NIMS, dove svolge attività di ricerca nel campo delle ceramiche ossidiche ad alte prestazioni.

La sua attività scientifica si concentra sui fenomeni ad alta temperatura nei materiali ceramici, tra cui deformazione superplastica, creep, sinterizzazione e ceramiche trasparenti. Negli ultimi anni si è dedicato in particolare allo sviluppo di ceramiche ossidiche trasparenti mediante tecniche di Spark Plasma Sintering (SPS) e allo studio dell'influenza della corrente elettrica sui processi di deformazione e sinterizzazione. È autore di circa 200 pubblicazioni scientifiche internazionali e ha ricevuto numerosi riconoscimenti da importanti società scientifiche giapponesi nel campo dei materiali e delle ceramiche.